1、論 文礦井提升機電控系統礦井提升機電控PLC控制系統程序升級及性能應用技術山西新富升自動化工程有限公司宮建忠2015年8月礦井提升機電控PLC控制系統程序升級及性能應用技術 摘 要隨著大規模集成電路和計算機技術的飛速發展，提升機的拖動控制技術也得到了極大的提升。PLC控制變頻調速系統的全數字控制方式得到了廣泛的應用。PLC控制變頻調速電控系統的可靠性好，精度高、抗干擾能力強，編程直觀、簡單，功能完善，同時降低了能源消耗等特點，對提升機實現了速度、電流的閉環調節；具有上位監控系統，實現多畫面實時監控，多參量數碼及曲線顯示、記錄，各種故障的報警及記錄，所記錄的圖表、曲線進行存盤保存，實現自動化控制

2、。關鍵詞：礦井提升機電控；PLC技術；上位機監控1引言礦井提升機對于煤礦而言，它扮演著關鍵的角色，擔負著升降人員、提升礦物、運送材料以及升降設備、工具等任務，是溝通礦井地面與井下的運輸設備，是礦井的重要設備之一，對礦井生產起著至關重要的作用。因此它對電氣拖動系統的安全性、可靠性、高效率、控制方便、舒適等各方面要求很高。目前我公司生產的TKDG系列電氣控制設備使用PLC程序為以前編寫的程序，隨著工業控制要求的不斷發展，對提升機的控制要求也越來越高，原系統的控制性能、安全性、操作簡便等各方面已滿足不了使用要求；針對以上問題，我們對原系統進行了系統整體升級，把PLC程序進行了整改編寫，上位機監控軟件

3、進行了從新編寫，硬件進行了優化，使整個系統達到最佳使用性能。2系統升級內容及功能2.1 PLC控制程序升級項及功能PLC可編程邏輯控制器以其獨有優勢而在工業控制領域應用相當廣泛，通過順序控制、開關質量控制及閉環控制等實際應用來實現電氣自動化控制的優化與改善，有效提高電氣自動化控制的自動化水平，進而更加適應各種工業生產過程的控制需要，為提高工業生產質量與效率奠定可靠的基礎保障。隨著科學技術的發展與進步，及工業生產改革進一步深化的需求，PLC控制系統也會不斷更新與改進，在電氣自動化發展的控制方面發揮更加重要的作用。此次對PLC程序做出如下升級:1）調繩控制回路：在雙筒提升機系統中有調繩功能，在調繩

4、過程中屬于提升機運行最為危險環節之一，所以控制系統必須做好在調繩當中的安全控制及保護功能，本次升級對調繩控制回路做出更改，使系統在調繩過程或正常運行中更加安全可靠、操作簡便；增加了“調繩閘瓦連鎖”開關，在調繩過程中監測到游動滾筒制動器在打開狀態時，實現安全制動，防止游動滾筒溜車現象。增加了“離合器脫開”故障，在提升機正常運行時，監測到提升機離合器脫開現象時，斷開安全回路，實現安全制動，防止故障進一步礦大。2）包絡圖控制回路：提升機在加減速運行過程中，主要是以包絡圖的計算曲線來控制提升機運行速度的大小。原系統包絡圖計算曲線是由人工計算好一個系數值，根據系數值大小來完成包絡線運行速度的給定。由于是

5、人工計算有可能存在誤差精度不高或計算錯誤等現象；還有更改減速段距離時，必須從新計算包絡線系數值，造成更改減速段距離時很不方便。此次對包絡圖控制回路做出優化，包絡線系數值由系統自己計算系數值大小，精度高、安全穩定、運行可靠，并且在安全距離可以隨意設定減速段距離，操作方便、調試簡單等優點。3）開車信號回路閉鎖：在提升機準備運行時，開車信號也是一個重要環節，如果開車司機聽錯信號或沒有聽清楚就準備開車，有可能就造成重大安全隱患。在原系統當中，信號閉鎖不是很完善，只要有開車信號開車方向還是由絞車司機來選定，有可能造成誤操作。在優化以后，只要投入信號裝置，控制系統接收到信號裝置給入的信號自動選擇運行方向，

6、操作司機根據運行方向就可以進行開車，操作簡單運行安全。4）安全回路：當提升機的正常工作狀態遭到破壞時，通過安全回路能夠及時切斷電動機電源并進行安全制動，確保提升機安全運行；故提升機電控要設置安全回路。本次系統升級以后對安全回路做出更進一步的優化，使設備運行比老系統更安全、更可靠。具有三條安全保護回路，其中，軟件安全回路兩條、硬件安全回路一條(如圖2.1.1、2.1.2、2.1.3)，關鍵環節采用三重或多重保護，比如過卷、超速等。多條安全保護回路之間互相冗余，保證礦山設備的高效、安全運轉。輕重故障具有聲、光報警。安全回路的保護由以下幾個部分組成：圖2.1.1 主PLC安全回路圖2.1.2 輔PL

7、C安全回路圖2.1.3 硬件總安全回路l 主令零位聯鎖：當主令手柄處于中間零位時，零位監測開關常閉點不動作，允許安全回路接通；當安全回路斷開后，主令手柄必須回到零位安全回路才允許重新接通。l 工作閘緊閘聯鎖：當工作閘手柄在緊閘位置時，緊閘位監測開關常閉點不動作，允許安全回路接通；當安全回路斷開后，工作閘手柄必須在緊閘位置時，安全回路才允許重新接通。l 調繩調閘連鎖：調繩調閘1HK轉換開關必須在“正常”位置時，允許安全回路接通。調繩離合器在復位狀態時，復位離合器監測開關常閉點不動作，允許安全回路接通。調繩離合器在打開狀態時，離合器打開監測開關動作給入控制系統常閉點信號，安全回路不允許接通；必須把

8、調繩連鎖旋鈕開關打到開的位置，調繩調閘轉換開關在調繩的位置，并且調繩閘瓦連鎖監測開關常開點不動作，安全回路才允許接通。 l 過卷保護：過卷開關裝在深度指示器上、井架上或編碼器數字軟開關，當提升容器超出正常停車位置0.5米（豎井）時，相應的過卷開關動作或編碼器計算的深度到達過卷位置時，斷開安全回路，實現安全制動保護。當提升容器運行過卷后，根據容器的過卷方向選擇過卷復位轉換開關FW位置，安全回路才能重新接通， 提升機只能向過卷的反方向開車。待過卷開關復位，停車并將FW過卷復位轉換開關重新打到正常位置。l 斷路器欠壓保護：當斷路器合閘時，其常開觸點動作為常閉控制繼電器，使安全回路通電。當斷路器由于短

9、路過負荷欠壓失壓司機緊急停車等原因而掉電時，斷開安全回路，實現安全制動保護，斷路器重新合閘，安全回路才允許重新接通。l 制動油過壓保護：液壓站工作油壓超過規定要求時，壓力表開關觸點動作閉合，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 制動油殘壓保護：液壓站制動油殘壓（0.2MPa0.5MPa）超過規定要求時，壓力表開關觸點動作，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 等速超速保護：當提升機運行速度超過額定速度的15%時，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 減速段超速保護：當提升機運行至減速點時，給減速信號后，待減速報警完成后，若實時運行速度超過給定速度12%時，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 爬行段超

10、速保護：當提升機運行至爬行段時，給入爬行段信號后，若實時運行速度超過給定速度12%時，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 兩米超速保護：當提升機運行至減速段與爬行段時，給減速信號后，待減速報警完成后，若運行速度超過2m/s時，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 松繩保護：當提升機發生松繩現象時，松繩開關延時數秒(4s)后動作，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 深度失效保護：當礦井提升機正常運行時，裝在深度指示器上的失效裝置或主機上的編碼器沒有發出信號時，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 調速裝置保護：當調速裝置發生故障時，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 測速機斷線保護：當提升機正常運行

11、時，裝在主機上的測速機沒有發出信號，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 深度誤差保護：主、輔PLC之間的數字深度誤差，裝在主機上的其中一組編碼器沒有發出信號或PLC沒有檢測到信號時，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 包絡線速度差保護：主、輔PLC之間的包絡圖計算速度誤差，裝在主機上的兩套編碼器監測信號不一致或包絡圖速度計算錯誤時，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 錯向保護：當提升機準備運行時，裝在主機上的編碼器發出與開車信號相反的方向或主令控制器與開車信號相反的方向時，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 閘瓦磨損保護：裝在主機制動器上的數字閘間隙保護裝置監測到閘皮磨損時發出信號，斷開安全回

12、路，實現安全制動保護。l 有運行命令無運行反饋保護：當提升機運行時，運行給定命令已發出但無運行反饋信號時，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 無運行命令溜車保護：無運行給定命令但編碼器監測到有運行速度時，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 停車不緊閘溜車保護：當提升機在停車狀態但工作閘不在緊閘位置時，編碼器監測到有運行速度時，斷開安全回路，實現安全制動保護。l 緊閘位溜車保護：當工作閘在緊閘位置時，編碼器監測到有運行速度時，斷開安全回路，實現安全制動保護。5）可調閘控制回路：可調閘控制回路主要控制液壓站給盤型制動器提供不同油壓的壓力值，以獲得不同的制動力矩，以及調繩裝置所需要的油壓，當提升機發

13、生故障時提供二級制動控制。在原系統中可調閘控制回路還不太完善，在重載啟動開車時，如果工作閘手柄給定制動油壓力過快，制動器已處于敞閘狀態，但此時電機力矩還沒有達到啟動力矩，可能造成溜車現象，從在安全隱患；每次啟動開車時，工作閘手柄與主令控制器必須配合好才能安全啟動運行，給司機造成很大的操作困難。本次升級可調閘控制回路進行從新優化，增加了電機電流、運行速度與可調閘壓力控制信號的連鎖，實現閉環控制。在啟動時電機力矩與制動器制動力矩閉鎖，電機啟動力矩越大制動器制動力矩越小，也就是工作閘控制手柄給定再高，油壓壓力值也會隨著電機力矩增大而逐步增加，不會隨著工作閘手柄給定越高制動器壓力值越高，從而達到安全啟

14、動運行，開車操作簡便。在運行當中，實際運行速度超過給定速度12%時，制動工作壓力值減小，增大制動力矩，降低實際運行速度，達到可調閘閉環控制。2.2上位監控系統（1）簡介：上位監控系統是采集提升機系統運行的實際參數、工作狀態、運行故障等，經過數據處理和分析，生成系統靜態配置圖、動態數據監視圖、報表系統圖、故障記錄圖等，所記錄的圖表、曲線等數據進行存盤保存。一般上位機與過程控制機（一臺或多臺PLC）構成一個分布式計算機系統，如下圖所示：圖2.2.1 上位機的一般構成（2）監控系統配置與組成：提升機上位機監控系統，選用工控機與PLC進行網絡通訊，如圖2.2.1所示：利用自行開發設計的監控軟件，實現實

15、時多畫面監控，已達到監控目的。1)在電控系統內配置通訊單元，用通訊電纜將其連接到工控機的通訊端口上。2)在司機操作室內配置工控機，工控機內裝入監控軟件。（3）主要功能：監控系統形成后，可根據需要，隨時切換當前工作畫面。本次系統升級以后，上位機增加了更多的數據顯示與信號狀態監視，極大的方便操作人員與設備維護人員。增加了參數設置畫面，直接在上位機上就可更改運行數據參數（例如：井筒深度等開關設置），極大方便了用戶的使用，可隨意更改數據等參數。主要監控功能數據有：顯示系統概貌，提升容器位置動態，提升系統動靜態畫面生成（如提升過程動態，顯示速度動態曲線(給定與實際)，電壓、電流動態曲線），安全回路，提升

16、信號，液壓站電磁閥工作狀態等等。具有對提升機系統發生的輕、重故障進行診斷和保存，能顯示故障發生的位置、時間、原因以及故障前的有關數據參數，對深度、速度實時值、提升種類、信號情況進行實時顯示并記錄的功能。如圖所示：圖2.2.2 上位機主監控畫面圖2.2.3 上位機狀態監控畫面圖2.2.4 上位機故障監控畫面圖2.2.5 上位機數據監控畫面圖2.2.6 上位機參數設置畫面圖2.2.7 上位機數據存盤畫面圖2.2.8 上位機故障存盤畫面2.3系統硬件對原控制系統中的一部分硬件回路做出優化整改，使整個系統更加完善，控制合理簡便。1） 開車信號系統信號對接口：信號系統的顯示裝置安裝在操作室方便觀察與接收

17、信號，提升機控制系統需與信號系統進行控制信號的對接閉鎖；在原系統中與信號系統的信號對接口在控制柜中，使對接信號的連接電纜距離較長，容易造成信號源干擾、安裝不易、經濟浪費等缺陷。本次優化后，信號系統的信號對接口更改到操作臺中，與信號系統對接信號的連接電纜距離縮短，信號源干擾小、安裝簡單、控制合理等特點。2） 比例溢流閥電源回路：給定比例溢流閥DC01000mA的控制信號，給盤型制動器提供不同油壓的壓力值，以獲得不同的制動力矩。原系統比例溢流閥電源回路為：-TC5變壓器AC220V/AC24VFU5熔斷器Z5整流橋C5電容R5磁盤電阻等形成DC24V比例溢流閥電源回路（如圖2.3.1）；如果變壓器

18、進線電源AC220V不穩定，雖然有電容補償，但也有可能DC24V比例控溢流閥電源不穩定，影響DC01000mA的控制信號，造成壓力值震蕩，存在電源回路復雜、故障率高、維修困難等缺陷。優化后，比例控溢流閥電源回路為：FU5熔斷器PW1開關電源AV220V/DC24V等形成DC24V比例溢流閥電源回路（如圖2.3.2）,電源回路簡單、故障率低、維護簡單、壓力穩點等特點。 圖2.3.1 原比例溢流閥電源回路 圖2.3.2 新比例溢流閥電源回路3） 系統接地：提升機控制系統為了實現各種要求，往往包括多種電路，比如低電平的信號電路（如高頻電路、數字電路、模擬電路等）、高電平的功率電路(如供電電路、繼電器電路等)。PLC控制變頻調速系統的全數字控制方式必須抵抗電磁干擾，做好屏蔽電磁干擾措施主要以接地為主，本次升級對系統接地從新做出優化，使系統能更好的屏蔽電磁干擾，運行更安全