基于PLC的矿井提升机交流变频调速系统.pdf

第4期 2008年8月 工矿自动化 Industry and Mine Automation No. 4 Aug. 2008 文章编号1671 - 251X200804 - 0101 - 03 基于PLC的矿井提升机交流变频调速系统 金晓萍1 ,2, 邓志杰1 ,2, 牛宏侠1 ,2, 朱正泽1 ,2 1. 兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室, 2.兰州交通大学国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心,甘肃 兰州 730070 摘要文章介绍了基于PLC控制的矿井提升机交流变频调速系统的结构组成及其对提升机行程和速度 进行测控的具体工作过程,阐述了PLC在系统中的作用、PLC的硬件组成及系统的软件流程。 关键词矿井提升机;交流变频调速; PLC 中图分类号TD534 文献标识码B 收稿日期2008 - 04 - 18 作者简介金晓萍1975 - ,女,工程师,兰州交通大学控制理论 与控制工程专业在读硕士研究生,研究方向为自动控制。 0 引言 矿井提升机是矿山生产的关键设备之一,一旦 其电控系统出现故障,将影响矿山整体的生产,带来 重大的经济损失和安全隐患。由于矿井提升机的电 控大多为继电器控制系统,存在线路复杂、 故障点 多、 可靠性低、 稳定性差等缺点,不能满足煤矿安全 生产的需要,因此,笔者采用PLC控制系统取代原 来的继电器控制系统,并配备HMI人机监控系统, 实现了对整个交流矿井提升系统的监控。 1 系统构成及控制过程 该矿井提升机交流变频调速系统由三级系统构 成零级传动系统,一级基础自动化系统,二级完成 监控和操作的人机界面 HMI上位机系统,如图1 所示。 图1 矿井提升机交流变频调速系统三级控制系统结构图 传动系统采用安川交流变频装置,由完成控制 提升机主传动的变频器构成;基础自动化系统采用 SIEMENS S7 - 300系列PLC ,由完成控制功能的 PLC、 完成系统监控和操作的人机界面操作员站、 司 机操作台、 现场执行机构和传感器组成; HMI上位 机系统选择工业控制级的计算机硬件,应用程序开 发、 运行环境为SIEMENS公司专门开发的数据采 集和监控系统软件WinCC。 矿井提升机三级控制系统对应功能及控制范围 如表1所示。 表1 矿井提升机三级控制系统对应功能及控制范围表 项目二级一级零级 对 象 提升机过程的控制、 管理以及相关的实 时数据采集和统计 处理 实现对电气及仪表 系统的自动控制、 实 时性及响应性较高 功能的控制 以 设 备 为 单 位 的 传 动、 现场信 号检测 适 用 功 能 显示大量的现场、 设 备状态信息、 故障报 警信息、 历史数据记 录、 趋势图等 逻辑控制、 速度控 制、 提升机位置计算 和自动 位 置 控 制、 PID控制等 MCC、 交流 传动、 检测 仪表、 电气 检测元件 2 系统设计 矿井提升机交流变频调速系统是以PLC为核 心、 对提升机的行程和速度进行实时在线控制和监 督的自动化系统,通过PLC和HMI ,该系统可以实 现对所有现场在线设备的程序控制管理、 安全联锁 控制等功能,并显示各种操作画面,对事故信号进行 报警以及打印报表等。矿井提升机交流变频调速系 统结构如图2所示。 该系统主要特点 1开放式的结构,具有极大的灵活性、 可扩展 性; 2便利的维护手段,可在线维护; 3先进的硬件控制设备,具有高抗干扰能力、 高可靠性; 4高可靠性的检测仪表; 5集中操作、 分散控制的思想; 6通用的软件开发平台,智能的设备管理和 监测软件。 图2 矿井提升机交流变频调速系统结构图 矿井提升机交流变频调速系统对提升机行程和 速度进行测控的具体工作过程 1对安装在滚筒轴端的轴编码器进行计数, 经过同步置数校正包括井口、 井底端部向上向下校 正和脉冲化处理即乘以脉冲当量 , 间接检测计算出 提升容器的行程s和速度v。 2将检测出的提升机行程s和速度v进行数 码转换,送触摸屏显示。触摸屏采用菜单设计,不但 显示行程和速度值,而且可以动画模拟显示罐笼在 井筒中的位置和速度图。 3根据检测,计算出提升机行程s和提升速 度v,按照有关的保护设定对提升行程和速度实施 行程控制和速度保护。 4设有模拟调试程序,人工设定行程点和速 度保护值。正常运行时,检测校正点及保护输出的 动作是否完全正确;发现故障则停机检修,故障排除 后再进行正常运行。 2. 1 系统硬件设计 S7 - 300 PLC是模块化的PLC ,主要由CPU 模块、 通信接口模块、 扩展I/ O模块和电源模块构 成。其特点如下 1功能分级的CPU以及种类齐全的模板,总 能为其自动化任务找到最佳的解决方案; 2实现分布式系统和扩展通信能力都很简 便,组成系统灵活自如; 3用户界面友好,操作简单,免风扇设计; 4随着应用的扩大,系统扩展无任何问题; 5 CPU可以高速处理指令并且具有友好的 参数设置功能; 6 CPU具有诊断功能和自测试智能诊断系 统,可连续地监视系统功能,并记录错误和系统的特 殊事件; 7具有口令保护功能和模式选择开关。 CPU模块负责程序的运行等工作。电源不仅 向CPU模块供电而且还要满足与CPU模块相连 的其它模块的用电需求。 数字量输入模块DI将外部采集的信号输入到 PLC ,如保护PLC的DI将电枢变压器温度、 高压真 空接触器、 三项保护、 电动机故障等信号采集进来; 操作PLC的DI将电动机的运行方式等信号采集进 来,以完成监视保护功能。 数字量输出模块DO 将PLC内部运算结果输 出,如保护PLC的DO将正常开车、 触发调节给定、 自动控制、 手动控制、 综合故障等输出;操作PLC的 DO将调节柜故障、 乘人越位故障、 熔断器熔断、 工 作闸状态等输出,控制相应的继电器,以完成监视、 控制和保护功能。 保护PLC模拟量输入模块将外部的模拟量, 如电动机电流、 速度等传入PLC ,以完成监视保护 功能。 操作PLC模拟量输出模块将PLC计算好的 数字量,如电动机速度等转换成模拟量输出到操作 台仪表上或HMI ,以完成监视功能。 2. 2 系统软件设计 S7 - 300 PLC软件包含PLCSIM仿真软件,用 户可在个人计算机上模仿PLC的运行情况。该系 统中,PLC程序执行变频器的启动/停止控制和提 升机的行程和速度监控任务,变频器通过给定的信 号和反馈信号控制电动机的运转,以维持提升机的 正常工作。 矿井提升机交流变频调速系统对提升机行程和 速度进行测控的主程序采用SIEMENS公司为 PLC提供的STEP7标准软件包SIMA TIC S7设计 完成,其流程如图3所示。 2. 3 系统网络设计 PLC控制器通过以太网与HMI进行数据交 换,通过PROFIBUS - DP与传动控制设备连接。 PROFIBUS - DP为基于主从通信方式的令牌总线 网,通信速率最高可达12 Mbps/ 100 m ,并可通过 SIEMENS REPEATER扩展通信距离。 远 程I / O与PLC控 制 器 之 间 也 是 通 过 PROFIBUS - DP连接,形成分布式控制系统,大大 减少了现场接线和本地I/ O模板。 201工矿自动化2008年8月 图3 矿井提升机交流变频调速系统对提升机行程和速度 进行测控的主程序流程图 2. 4 PLC与上位机的通信 在现场环境恶劣的条件下,采用上位机监控措 施可直接将故障显示出来,从而提高整个系统故障 的诊断效率,减少故障的维修时间,提高整个电控系 统的可靠性。本系统利用CP343 - 1以太网模块与 HMI上位机网卡接口进行通信,可将各种信息传输 到上位机,从而实现对系统的实时监控。 3 结语 该系统经过严格的选型、 合理的配置及完善的 程序设计,使系统维修方便,自控功能强,可自动显 示故障,可靠性高、 稳定性好,极大地改善了矿井提 升机的运行状况,确保了矿山安全生产。 参考文献 [1] 王永华.现代电器控制及PLC应用技术[M].北京北 京航空航天大学出版社,2003. 第4期 2008年8月 工矿自动化 Industry and Mine Automation No. 4 Aug. 2008 文章编号1671 - 251X200804 - 0103 - 03 基于OpenG L的煤矿虚拟现实系统的设计与实现 3 李长春1, 王宝山1, 魏占营2 1. 河南理工大学,河南 焦作 454003 ; 2.中国测绘科学研究院,北京 100089 摘要文章介绍了采用OpenGL和VC 从底层开发煤矿虚拟现实系统的方法和过程,阐述了该系统 的设计原则、 设计流程及各功能模块的设计。 关键词煤矿;虚拟现实系统; OpenGL ; VC 中图分类号TD672 文献标识码B Design of Mine Virtual Reality System Based on OpenGL and Its Implementation LI Chang2chun1, WAN GBao2shan1, WEI Zhan2ying2 1. Henan Polytechnic University , Jiaozuo 454003 , China. 2. Chinese Academy of Surveying and Mapping , Beijing 100089 , China Abstract The paper introduced and process of developing mine virtual realityVR system on the basis of OpenGL and VC , and described design principle , design flow and design of each function module of the system. Key wordscoal mine , virtual reality system , OpenGL , VC 收稿日期2008 - 03 - 28 3 基金项目河南省科技攻关资助项目0424220160 ,河南理工 大学青年基金资助项目Q2006X- 25 作者简介李长春1976 - ,男,河南周口人,硕士,现主要从事 矿山地理信息系统的研究与开发工作。 0 引言 由于煤矿地质现象地质体和人造工程如矿 体、 地层、 断层、 钻孔、 井巷、 工作面、 采空区等都是 三维空间实体,二维和2. 5维GIS难以对复杂的地