PLC电控系统在沛城煤矿副井的应用

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【摘 要】矿井提升机承担矿物提升及人员上下，是煤矿的咽喉所在。目前我国矿井提升机的电控系统多数采用传统的TKD电气控制，传统电控系统连线复杂，精度不高，可靠性差，故障率高。而plc电控系统具有安全性高，稳定性好，控制精度高，维护方便，此系统在沛城煤矿投入使用以来取得较好的安全效果。

【关键词】电控改造；PLC控制；安全可靠

0 概述

在我国目前正在运行的提升机当中，TKD提升机约占了其中的90%。老式的TKD提升机都是采用继电器、接触器、磁放大器构成的继电器式控制系统，控制系统复杂，故障率高，查找故障困难，日常调整和维护困难，保护较少，保护精度差。随着工业控制技术的发展，新的控制技术用于老式的TKD提升机改造。

沛城煤矿副井绞车为立井单绳缠绕式罐笼提升，滚筒直径3.5米，绳速9.5米/秒，自1980年投产以来使用至今。绞车电控采用传统的TKD-A电气控制。传统电控采用大量的继电器和接触器，系统连线复杂庞大，可靠性差，控制精度不好，故障率高，维护量大。特别由于磁放大器调整精度不高在绞车发生事故时反应不灵敏，很容易造成恶性事故。随着科技发展，PLC电控系统正逐渐取代传统的TKD电控，PLC电控具有安全性高，稳定性好，控制精确，线路简单。自2006年我矿副井绞车投入PLC电控以来，杜绝了各类提升事故的发生，取得了较好的安全经济效果。

TKD提升机PLC控制系统结构如图1所示。

1 PLC电控优点

1.1 高压真空换向柜、低噪声、高可靠性

目前的高压换向器也在向真空化方向发展，高压真空接触器代替原来的空气灭弧的高压接触器，体积小，占地面积小，可靠性高，基本不需要日常维护，工作时噪声也很小。

1.2 可控硅加速柜无触点、无噪声、长寿命

本系统可选用可控硅代替原来的交流接触器完成转子电阻的投切。可控硅组投切电阻无噪声，由于无触点，作为电阻投切的可控硅组的寿命远远大于交流接触器。系统的可靠性大大提高，维护工作量因此大大减少。

1.3 功能及适应性强，使用方便

PLC有有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能，梯形图语言形象直观易学易懂，PLC产品已经标准化、系列化、模块化，用户能灵活方面的进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统，并且接线方便，具有较强的带负载能力，并且可以通过修改用户程序，方便快速的适应工艺条件的变化，PLC还可以通过通信联网实现分散控制集中管理。

1.4 可靠性高，抗干扰能力强

传统的继电器控制系统，使用大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器，仅剩下与输入输出有关的少量硬件原件，接线可减少到十分之一到百分之一。由触点接触不良造成的故障大为减少，PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，能够可靠的用于具有强烈干扰的工业生产现场。

1.5 系统的设计、调试，及维护工作量少

PLC用软件功能，是安装接线工作量大大减少，对于复杂的工作系统，设计梯形图的时间，比设计相同功能的继电气系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可以观察输出信号的状态，发现的问题一般通过修改程序可以解决，调试时间较少、较方便，并且可以通过PLC发光二极管或编程器提供的信息，查明故障原因，迅速排除故障。

1.6 全数字动力制动柜更高性能，更高可靠性

利用动力制动进行重物下放和制动比原来的利用机械闸制动更安全。本系统选用SIEMENS公司的直流调速装置作为动力制动电源。该装置为全数字控制、全桥结构。全数字控制的优点就是调试和维护非常方便，参数设定和故障查询都可以在装置自带的操作面板上完成。SIEMENS的全数字控制系统拥有更好的性能，更高的集成度，更高的可靠性。全桥结构使动力制动电源提供了更平滑的电流，纹波更小。

1.7 利用PLC替代原有的继电器控制回路，提高系统可靠性

新的TKD控制系统以PLC为核心控制器，和原来的继电器系统在可靠性、易用性等方面有无法比拟的优越性。

本矿使用的TKD-PCS2型PLC控制系统选用SIEMENS公司的S7-300 PLC为主控PLC，该PLC不仅具有通常PLC具有的开关量输入输出控制功能，而且集成了高速计数通道，模拟量输入输出通道，集成了Profi-Bus通讯接口，便于和监控PLC进行数据交换。该PLC主要完成以下几项功能：

？TKD提升机的开车逻辑控制，如ZC、FC、DZC、加速等

？液压站、站等辅机控制

？完成行程及速度计算

？完成和行程速度相关的保护

？与触摸屏和监控PLC的数据交换

1.8 精确的数字化自动调速功能

本系统通过主控PLC与监控PLC的两个编码器，采集的信号进行计算比较，输出信号至液压调控系统，根据输出的信号数据不同，液压系统输出相应的压力，自动调控盘形闸的工作，进而调整绞车速度，并使之处于动态调整之中，确保运行速度在设定范围之内。相对于原电控中的磁放大器的功能精确度具有无法比拟的优越性。

1.9 监控PLC完成部分控制功能，同时在安全保护方面和主控PLC构成冗余

本矿使用的TKD-PCS2型控制系统在司机台内置了SIEMENS S7-200 PLC，该PLC负责采集司机的控制指令及在司（下转第26页）（上接第24页）机台输出显示设备运行状态，同时该PLC自己独立完成行程及速度计算，独立完成另外一套保护。与主控PLC构成保护上的冗余。

1.10 Profi-bus DP通讯网络，保证数据高速传输

采用SIEMENS公司提供的Profi-bus DP通讯技术，保证主控PLC和监控PLC之间的高速数据传输。最高通讯速率可达12Mb/s。由司机台内的监控PLC采集司机的控制指令，再通过Profi-bus DP网络传给主控PLC，主控PLC处理后需要在司机台显示的状态量及指示值通过Profi-bus DP传给监控PLC，由监控PLC输出在司机台显示，这样可以大大减少柜间控制电缆的数量。大量的信息都通过网络传输，提高系统的可靠性，减少了系统维护工作量。

1.11 保护更全

本系统不仅具有通常的辅机及外设的监视及保护，还通过PLC软件完成行程及速度保护，主要保护有：等速过速、减速过速、错向、2米过速（定点限速）、过卷、无指令动车、行程跳变监视。

2 结语

我矿自2006年副井电控改造以来杜绝了各类事故的发生，确保我矿的安全生产。由于运行故障率低，大大增加了有效提升时间，提高了矿井的提升能力，带来较好经济效益和社会效益。