全数字电控系统在矿井提升机中的.rar.pdf

文章编号100572772005 01004103 Vol. 27, No. 1 2005 ,27 1 41～43 电气传动自动化 ELECTRIC DRIVE AUTOMATION 2005年 第27卷 第1期 第41页 全数字电控系统在矿井提升机中的应用 李江成 中国矿业大学,江苏 徐州221008 摘要以煤矿副井提升机电控系统为例,对模拟控制系统和数字控制系统进行比较,阐述了数字控制系统的 优越性,并介绍了原系统改造方案及数字控制系统的硬件及软件配置。 关键词全数字;电控系统;提升机 中图分类号 T D534文献标识码 B Application of full-digital control systems in mine hoists LI Jiang-cheng China University of Mining and Technology , Xuzhou221008 ,China Abstract The article illustrates the electrical control systemof mine hoists ,compares the simulative systemwith the digital one so as to expound the superiority of the digital control system. Furthermore , the paper presents the rebuilding scheme , also gives the configuration of the hardware and software. Key words full-digital ; electric control system; mine hoists 1引言 自八十年代以来,煤矿提升机控制系统大多采 用 “SCR- D 模拟调节继电器控制” 的直流拖动 方式,其调节控制保护系统基本采用模拟系统。该 模拟系统存在以下缺点和不足 1控制回路一经确定,控制参数的调整则极 为不便,不易形成最优控制。 2温度的变化易使调节保护部分的模拟电路 产生 “零漂” 。同样,环境湿度的变化也会使绝缘电 阻变化,从而改变了系统的特性。 3电路分立元件多,电路复杂,故障点多,可 靠性差。 4该模拟系统限制了提升控制系统的控制精 度及安全性能。 5整个电控系统故障诊断能力差,不能直接 显示故障类型及故障点。 煤矿副井提升机电控设备原为模拟控制系统, 该绞车为直流拖动,其电控系统调节保护部分采用 模拟电路调节,行程及主令部分采用继电器控制。 基于上述模拟调节控制保护系统所存在的问题,对 原电控系统的改造尤为必要。 随着计算机和数字技术的发展,组成一套全数 字系统已经成为可能,特别自九十年代以来,全数 字直流调速电控在我国矿井提升机SCR - D系统 中已开始应用,它从根本上改变了模拟控制系统的 缺点,并且有模拟系统无法比拟的优点 1控制精度高,参数稳定性好,克服了模拟系 统的 “零漂” 问题。 2硬件结构简单,故障点少,可靠性高。 3故障自诊断能力强。 4加强了通讯功能,可以很方便地与矿井调 度室和其它微机联网进行通讯,便于现代化 管理。 2直流提升机数字化改造方案 煤矿副井提升机电控系统中,提升机选 用J K MD4X3. 5型落地式多绳摩擦提升机,绞 车采用直流拖动,主电机容量1000 KW电枢 电压660 V/ 1770 A ,原电控系统原理图如图 1所示在数字化改造的转接线路中,为了 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 当新系统出现故障时而不影响煤矿的正常工作,采 用了公共插头与两个插座,插座1用以连接原模拟 调节系统,插座2用于连接新数字调节系统,公共 插头用于连接两个系统的公用部分。具体的结构 图如图2。 3直流全数字电控装置设计 根据提升机的工艺要求,改造后的矿井提升机 全数字直流电控系统框图如图3所示。 3. 1全数字控制系统设计 1传动方案主回路为磁场可逆 6 脉动供 电、 电枢恒定逻辑无环流串联12脉动供电 , 主 电机可四象限运行。 2调节部分采用以十六位处理器为核心的 ASCS全数字调节系统,电枢电流单向、 磁场电流换 向、电流和速度双闭环均由全数字调节部分实现全 数字控制。 该系统既可以用模拟量给定,也可用上位 机、PLC或其它数字操作单元提供数字量给定。 反馈 可用模拟测速机,也可用轴编码器,或者同时使用作 为复合反馈,从而得到最佳的动态性能和稳态精 度。所有控制算法都由高速16位微处理器来完成, 保证所有控制回路的调节左右,在主回路6个晶闸 管桥的转换时间之内完成,以保证电流环的采样时 间。对可逆装置,转矩反向时的无环流时间非常短 且可由软件设定。 电流环具有自适应功能,即使负 载变化很大时,系统也能获得平稳的速度响应,速度 环的PI参数调节范围很大,且具有积分分离功能。 3. 2可编程序控制器PLC PLC是整个电气系统的中心,本系统中选用 S7 - 300可编程序控制器及其它模块配置,属高档 机,安装在PLC柜内。PLC柜中装有两台PLC,分别 完成提升机系统的操作保护和行程监控,其中一台 PLC与轴编码器配合构成数字式行程监控器,自动 生成S型速度曲线,行程跟踪精度高,停车准确;另 一台PLC构成操作保护系统,保护完善所有保护分 为立即施闸、 电气制动施闸、 终端施闸和报警四类 , 系统的安全回路有两套,一套由PLC构成,另一套为 继电器直动回路。 行程监控PLC将部分操作信号、 部 分保护信号以及设定的一些行程参数与轴编码器信 号结合起来进行逻辑运算处理,自动产生提升机所 需的速度给定信号,为了尽量减少起动、 制动过程中 的机械冲击,提高提升机控制精度,速度给定信号的 加速、 减速段为 “S” 型曲线,减速段行程通过PLC实 际运算来调节减速度以保证其为一固定值,从而保 证了停车点不变和停车点的精度。 此外行程监控PLC还将轴编码器信号经软件 计算后处理成罐笼在井筒中的位置和在线速度,送 到操作台监视器显示,此外还产生包络曲线对提升 机的速度进行连续监视。这种以软件处理为主的 行程跟踪方法在灵活性、 可靠性及精度等方面都很 高,只要选择分辨率较高的轴编码器,就可保证定 位精度小于2 cm,因打滑及钢绳伸长等行程误差, 可通过井筒同步开关加以校正。两台PLC既相互 独立,又能相互监视,对某些保护如过卷、 超速、 钢 绳打滑等还能相互备用,这样大大提高了行程监 控器的可靠性。 3. 2. 1 S7 - 300 PLC的硬件配置 行程监控S7 - 300包括电源模块、CPU模块、 输入模块、 输出模块、A/ D模块、D/ A模块、 计数模 块和通信模块。电源模块将输入交流电压转换成 24 V直流电,为其它模块供电。CPU模块用于控制 总线上模块之间的数据传输,并执行用户程序。输 电气传动自动化 422005年 第1期 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2005年 第1期43李江成全数字电控系统在矿井提升机中的应用 入模块用于将控制系统送来的外部数字信号电平 转换成S7 - 300内部信号电平,可输入32路24 V 开关量信号。 输出模块用于将S7 - 300内部信号电 平转换成控制系统所要求的外部信号电平。A/ D 模块用于将控制系统送来的外部模拟信号如电 压、 电流、 速度、 精度等转换成S7 - 300内部处理 用的数字信号。D/ A模块用于将S7 - 300输出的数 字信号转换成控制系统所需的模拟信号如电 压。计数模块共两块,一块用于对导向轮的轴编 码器进行计数,另一块用于对传动控制器上的轴编 码器进行计数。 操作保护PLC S7 - 300包括电源模块、CPU模 块、 输入模块、 输出模块,A/ D模块,计数模块。各 模块功能同上述行程监控PLC类同。 3. 2. 2 S7 - 300 PLC的软件配置 PLC的软件配置有系统程序和用户程序。 系统 程序装配在CPU模块上随硬件的产品而来。用户 程序是编程器编好程序后输入到可编程序控制器 的存储模块,程序是采用块式结构形式,共有5种 形式组织块0B、 程序块PB、 功能块FB、 数据 块DB、 顺序块SB 本系统未用。 功能块FB是用于反复经常的复杂功能的编 程如专用控制器、报警器、计算功能和调整功 能。组织块OB是系统程序和用户程序的接口, 是用户程序的一部分,但只能由系统程序调用,使 用者不能调用,可以编程序,本系统使用了3个OB 块OB100 ,OB1 ,OB35。OB100为加电启动组织块, 在该组织块中编制有关系统参数初始化的程序,此 组织块仅在系统加电起动后运行一次,以后在程序 循环中不再执行,系统初始化程序框图如图4所 示。OB1为循环运行组织块,即用户主程序部分,行 程PLC主程序框图如图5所示。在OB1中可以调 用其它功能块,如SFB、SFC、FB、FC等。OB35为中 断组织块,它为循环时间中 断,循环时间为0～60 ms ,根 据用户需要可任意设置,本 系统利用OB35的中断时间, 循环向上位机发送监控数 据。系统中行程PLC的中断 程序框图如图6所示。 3. 2. 3PLC与原系统的衔接 PLC与原系统的衔接方 法是,在原系统与PLC系统 之间设置转换开关,平时采 用PLC控制, PLC控制系统 发生故障时采用原系统。 3. 3监控系统 监控系统主要由工控机和监视器组成,放置于 操作车房,采用RS485与PLC系统进行通讯。 监视 器可实现人-机对话,它可显示主回路、 低压配电 回路、 提升系统、 液压制动系统、 装卸载系统和故障 信息等画面,并提供电机运行的速度曲线图和力 图,反映提升机所有的运行参数和运行状态以及故 障类型和故障发生时间,使操作员对提升机的运行 状况一目了然。若发生故障,司机能及时从监视器 上了解到故障类型及位置,以及时通知维修人员排 除故障,从而缩短排除故障的时间,提高效率。 4结论 提升机直流全数字新型电控装置,速度曲线为 S型,起动、 制动平滑过渡,对机械设备不产生冲击 震动,经实践证明,运行特性较好。系统参数经过 软件调试一次性永久设定,不存在参数漂移问题, 全数字控制器重复性好,可靠性高,它使提升机的 操作、 维护更加方便。 参考文献 [1]西门子公司. S7- 300可编程序控制器编程手册. 2001. 12. [2]郝用兴.提升机PLC控制系统.平原大学学报,2000. [3]何凤有,谭国俊.矿井直流提升机计算机控制技术[M].中 国矿业大学出版社. 2003. 作者简介 李江成1980 - ,江苏宿迁人,中国 矿业大学在读硕士研究生,专业为电 力电子与电力传动。 收稿日期 2004 - 03 - 11 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.