礦井提升機電控系統的改造

郭建國 彭新榮 郭昊萌

(1.平禹煤電公司鳳翅山礦，河南 平頂山 467001;2.平頂山工業職業技術學院 機械工程學院，河南 平頂山 467001;田莊洗煤廠，河南 平頂山 467001)

可編程控制器(簡稱PLC)是基于電子計算機，且是用于工業現場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實現控制，而主要靠運行儲存于PLC 內存中的程序，進行入出信息變換實現控制。PLC的應用特點是可靠性高，抗干擾能力強，配套齊全，功能完善，適用性強，易學易用，深受廣大工程技術人員歡迎。系統的設計工作量小，維護方便，容易改造。平煤股份十二礦副井自經過改造原電控，采用以PLC 為核心的電控系統以來，操作簡單，管理方便，確保了礦井提升機的安全性和可靠性，降低了勞動強度，提高了勞動生產率。

1 系統配置

平煤股份十二礦副井提升機PLC 電控系統主要由PLC、主控臺、調速柜、換向柜及電源柜組成。信號系統主要由PLC信號箱，上、下井口PLC 信號操作臺，語言顯示箱組成。

作為控制系統的核心部分，PCL 采用日本三菱公司生產的FX2N系列產品。在提升機電控系統中共有四塊:主控機PLC 采用FX2N—64MT 型，監控機、調速控制、換向控制、均采用FX2N—32MR 型，FX2N—64MT 為晶體管輸出形式，FX2N—32MR 為繼電器輸出形式。

2 控制系統的原理

提升機PLC 電控系統的各項控制和保護功能之間的邏輯關系，是根據原TKD 繼電器電控系統的工作過程，結合現場實際情況，用編程的方法預先輸入PLC 內加以解決。

PLC 電控系統采用RS485 通訊方式，通過通訊模塊之間工作指令的傳送，將各種外設控制開關，傳感器來的信號均接到主控臺PLC 的輸入站，PLC 根據預先輸入的用戶程序結合外設開關及傳感器的動作情況，經PLC 的邏輯運算，并經調速柜、制動柜去控制調速回路、制動回路等被控制對象動作，而其中一部分控制開關、傳感器發出的信號，經主控臺PLC 處理后，去驅動相應的安全繼電器、工作繼電器及各控制單元，完成提升機的啟動、加速、等速、減速、爬行、停車等過程，以及實現提升機的各種安全保護，語音報警、PID 速度閉環控制等。

監控機PLC 采用FX2N—32MR 型可編程控制器，作為中控機的監視使用，用以系統的后備保護、關鍵控制參數以及系統的參數顯示功能，主控機、監視機兩臺PLC 即相互獨立，又相互監視，對某些重要保護(如過卷、超速)還能相互備用，提高系統的可靠性。

可調閘模塊由電壓選擇電路、運算放大電路、射極跟隨電路等組成，由腳踏自整角機來的動力制動開環信號和由主監控機經FX2N—40A(數模轉換)模塊輸出的動力制動閉環信號經電壓選擇器比較，取其中最大值經運算放大器放大，由射極跟隨輸出到可控硅制動電源的觸發器中，從而控制制動電流的大小。而另一路由PLC 邏輯運算經FX2N—40A 輸出的可調閘閉環輸入信號經集成運算放大器放大后，由射極跟隨器輸出到可調閘KT 線圈中，用以控制制動壓力的大小，從而保證提升機有效的制動，達到安全運行的目的。

模擬顯示器與監控機PLC 可連接，用來顯示運行時的即時技術參數，有預備態、運行態、故障記憶三種狀態，模擬屏具有故障記憶功能，可以記錄發生故障時的異常技術參數，便于故障的查找與處理。

提升機的正反向運行采用高壓真空接觸器控制，當提升機需要正向(或反向)運行時，主控臺PLC 發出正轉(或反轉)指令，高壓換向柜內的PLC 立即響應，其輸出端發出正向(或反向)運行信號，使正向(或反向)高壓真空接觸器動作，從而完成提升機的正反向運行。正反向高壓真空接觸器之間沒有電氣和機械閉鎖，用以防止相間短路，同時主電路的接通、斷開必須經過兩個相互串聯的真空接觸器主觸頭，以保證電路的可靠斷開，確保設備工作期間的可靠性與安全性。

提升機的啟動和調速采用逐段切除電動機轉子中附加電阻的方法，其切除電動機轉自附加電阻采用以電流為主，時間為輔的控制方法。用晶閘管替代交流接觸器，具有優良的動、靜態特性，運行可靠無噪音，結構簡單，使用維護方便。

提升及信號系統的PLC 采用串行通訊方法，在車房安裝的信號顯示箱，一方面與上井口PLC 信號箱進行通訊聯系，另一方面與提升機控制柜相連接，主要控制提升開車信號回路和可調閘回路，上井口PLC 接受下礦井口傳來的信號，通過PLC 邏輯運算，做出相應的輸出控制，信號裝置有KXH16 型語言安全告警箱的接口，信號工發出開車信號后，語言告警箱的LED 告警顯示字符亮:“信號發出，禁止上罐”。并伴有相同的語言告警，經過一段延時后，聲音停止，此信號系統通過PLC的程序執行，發出相應指令，大大的改善了信號系統的穩定性，提高了安全性能。

3 應用特點

(1)PLC 電控系統結構簡單，可根據用戶的要求，任意調整程序設置，增加控制功能，而不必增加任何設備，節約生產投入。

(2)系統軟件設計，PLC 采用梯形圖編程方式，程序從上到下，從左到右順序循環執行，以梯形圖為基礎編程方式，與繼電氣控制相似，易學、易懂，實用性強，維護方便。

(3)系統的所有操作均有PLC 控制執行，可以方便的調整各個環節的控制參數，使組態更為靈活，提高了處理信號的速度，數字顯示與模擬信號相結合，使司機能輕松愉快的操作。

(4)軸編碼器將提升機的實際速度和行程轉換為脈沖信號輸入到主監控PLC 中，有PLC 與設定參數比較、分析，自動產生提升機所需要的速度信號，減少啟動、制動過程中的機械沖擊，提高了提升機控制精度。

(5)可靠性，控制系統的可靠性直接影響到安全和生產效率，在本控制系統選用日本三菱公司生產的高精度、高可靠性的FX 系列PLC。同時，在輸入和輸出信號的防護，連鎖與互鎖功能的軟硬件設置，故障檢測軟件的設計和數據保護等方面均采取了相應的有效措施，從而保證了控制系統安全、高校和可靠地運行。

4 抗干擾措施

由于礦井提升機系統的環境與PLC 電控系統所要求的安全、穩定、無雜波的工作環境有一定的差異。因此，抗干擾能力成為PLC 裝置運行質量的重要因素，為減少干擾影響，采取以下措施:

(1)PLC 電源采用UPS 電源供電以消除工頻干擾，為了抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾，應給PLC 接專用地線，并且接地點要與其他設備接地線分開。

(2)PLC 的通訊線及A/D 轉換的輸入線采用屏蔽電纜且屏蔽層接地。

(3)交流繼電器線圈并接浪涌吸收回路，用于吸收瞬間過電壓和防止繼電器誤動作。

(4)維護檢修時，不得隨意甩掉部件或改線，避免雜波影響。

(5)軟件編程設置程序口令，自檢程序等措施，提高軟件抗干擾的能力。

5 使用維護

交流提升機PLC 電控系統是在原TKD 電控基礎上運行設計的，但由于電路的特殊性，因此在使用與維護時應注意以下幾點:

(1)PLC 允許電流電壓波動為±10%，使用中不能使電壓過高，否則可能損壞某些部件。

(2)PLC 的輸出電路設有熔斷器，因此當某一輸出回路不動作時，首先應檢查熔斷器是否熔斷，查出熔斷原因，并更換相同容量的熔斷器即可。

(3)定期清掃電器衛生，防止因灰塵而引起短路和接觸不良，損壞設備，破壞設備安全運行。

(4)PLC 電控系統出現故障時，一般是外部傳感器和控制開關引起的，因此，在查找故障時，首先應觀察PLC 個輸入端的指示是否正常，若指示不正常，應檢查有關外設。若各外設指示正常還有問題，應通過編程器調出內部程序一個節點一個節點尋找，根據梯形圖的邏輯關系分析后再作處理。

(5)由于PLC 的輸入、輸出的邏輯關系，是通過使用其內部大量軟元件和編程而實現的，因而在處理問題時，不能按繼電器電路的概念處理，一定要把每個端點的問題獨立處理好，再分析邏輯關系圖，只要保證各輸入，輸出沒有問題，控制結果也就正常。

(6)可編程控制器的采用，簡化了系統的設計及維修量，但也相應地提高了對維修人員的要求。維修人員必須會看梯形圖，會用編程器跳出PLC 程序，以及會用編程器監視各輸入，輸出點內部定時器，計數器等的變化情況，只有不斷提高自身的業務水平，才能使用，維護好設備。

6 結束語

提升機電控系統經過改造投入使用后，系統運行穩定工作可靠，控制精度大幅提高。能夠滿足生產要求，減輕了工人的勞動強度，減小了設備的故障率和誤操作，節約了能源，提高了工作效率，取得了良好的經濟效益和社會效益。