基于 PLC 控制的矿井提升机调速系统研究
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[摘 要]变频调速是通过改变定子供电频率来达到电机调速的目的，无论转速高低，其机械特性基本上与自然机械特性平行，能够满足提升机特殊工作环境的要求且有着明显的节电效果；采用 plc 对提升系统进行保护和监控，使系统更加安全可靠，而且此方案能够很好解决传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点。
[关键词]矿井提升机；交流变频调速； PLC
中图分类号：TD633 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0449-01
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。
一、总体设计
1.1 矿井提升机控制系统各部分关系如图1所示
控制系统以PLC为核心，各部分相互配合以完成整个提升过程的控制。测速回路为PLC控制运行速度提供速度信号，深度指示器为PLC控制行程提供信号。各种故障信号的输入使PLC作出相应的动作如安全回路的动作、发报警信号等。操作监视平台是操作人员用来操作提升机的，以处理各种紧急情况。真空转子调速柜是提升机在加速时由PLC发出信号切除电阻。真空换向柜是提升机用来进行正反转切换的。动力制动电源柜是提升机到达减速点时，由PLC发出信号投入动力制动。
1.2 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。
1.3 变频调速系统设计
本系统采用SIEMENS公司的6SE7033-7EG60型变频器，提升机主电机的功率为180 kW。系统变频器采用矢量控制技术，更加适合提升机的工作环境，只需在控制单元给出对变频器的控制命令（正转、反转、多段速等），即可使提升机按照设定的速度曲线运行，满足提升阶段稳定运行的要求。通用变频器都是单向整流，如果电动机处于制动状态或发电状态，回馈的能量将通过逆变环节到达直流环节，会使直流母线电压升高，因此需要增加制动单元。变频调速装置本身具有过压、欠压、过流、过负荷、缺相、超温等保护，同时配合来自现场的各种信号传感器的监视及相应处理，可实现绞车过卷、过速、减速、限速等重要保护的双线制保护功能。在变频器系统中输出闸控信号到PLC，要求只有在变频的输出转矩达到一定值时方可松闸，以避免提升机启动时发生溜车现象。
1.4 PLC控制软件设计
本系统控制核心主要由PLC和上位机组成，因此，系统软件包括PLC控制软件和上位机软件，本文主要讨论PLC控制软件。PLC控制软件的主要功能是对提升机的启动、加速、等速、减速、停车等过程控制、信号采集、逻辑处理。PLC控制任务和过程可被分解为许多子任务和子过程，通过对各个子任务和子过程进行模块设计、功能说明，形成一个模块化的程序结构如图3所示。
二、提升机保护
系统设置了9大保护装置：防止过卷装置、防止过速装置、过负荷和欠电压保护装置、限速保护装置、深度指示器失效保护装置、闸间隙保护装置、松绳保护装置、满仓保护装置、减速功能保护装置。同时设置了安全回路联锁保护装置和控制回路联锁保护，如低频电源联锁保护、高压断路器联锁保护、电流熄弧联锁保护等。
三、信号处理系统
矿井提升机的信号来自于维护提升系统正常运行的工作现场参数，比如传感器的工作位置信号、开关按钮信号、井筒开关的工作状态信号、故障状态信号等，主要分为运行状态、运行参数、操作信号和保护信号4大类，这些信号将在上位机监控界面中显示。同时它们均被引入到主控系统中，与操作控制的相关内容进行逻辑运算和闭锁，最后产生控制指令；各种故障信号将送给安全回路以及PLC输入，根据故障信号的轻重度分级，与故障操作保护系统进行逻辑运算和判断，最后执行为不同的故障处理动作，实现在上位机监控界面中显示并以声、光、文字形式报警
四、总结
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] 徐平主编.电控及自动化设备可靠性工程技术.北京：机械工业出版社，1997.
[2] 陈伯时主编.自动控制系统：电力拖动控制.北京：中央广播电视大学出版社，1995.
[3] 朱仁初、万伯仁编.电力拖动控制系统设计手册.北京：机械工业出版社，1992.
[4] 王兆安，张明勋编.电力电子设备设计和应用手册.北京：机械工业出版社，2002.