PLC技術在礦井提升機電控系統中的應用

趙彩霞

摘 要：礦井提升機是煤礦企業的較龐大而復雜關鍵機電設備，對礦井的安全、穩定生產起著極其重要的作用。而控制系統是提升機的關鍵組成部分，決定著整個電控系統的穩定性和有效性。該文結合PLC技術提出了一種煤礦提升機電控系統的設計方案，介紹了PLC技術在礦井提升機中的功能與應用原理，對于礦井提升機電控系統的設計與改造具有現實的指導意義。

關鍵詞：礦井提升機 PLC 電控系統

中圖分類號：TD564 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0080-01

礦井提升機是礦井提升設備中最重要的組成部分，是聯系礦井井下和地面的重要生產設備，在礦井生產中占有極其重要的地位。目前，我國礦山使用的提升機可分為兩大類：單繩纏繞式提升機和多繩摩擦式提升機。《煤礦安全規程》對煤礦提升設備規定了尤為嚴格的要求，所以電控系統的可靠設計是非常關鍵的。目前，我國絕大部分礦井提升機仍舊采用傳統的交流提升機電控系統，這類控制系統是由繼電器邏輯電路、大型空氣接觸器、測速發電機等組成的有觸點控制系統。經過多年的使用和發展，此類提升機電控系統已經形成了自身獨特的特點。然而其不足之處也很明顯，其缺陷是繼電器種類繁多、電氣接點過多、接電線路過于復雜及人工操作，這就造成了該電控系統安全性、可靠性差、控制精度低，提升機故障率高。采用可編程邏輯控制器（PLC）的新型電控系統取代傳統的繼電器邏輯控制系統，代替了原系統中大量的繼電器等硬件，改由軟件來實現其各項功能，克服了傳統電控系統的缺陷，提高了系統的可靠性和穩定性，大大改善了煤礦提升機設備的工作性能。目前該新型控制系統已較成功的應用于礦井提升實踐。

1 PLC簡介

可編程控制器（PLC）是一種最重要、最普及、應用場合最多的工業控制計算機，它不但代替了繼電器控制盤，而且還可以進行邏輯控制、過程控制、數據采集等綜合控制，是專為在工業環境下應用而設計的。PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現場輸入/輸出設備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設連接。根據PLC的硬件結構形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。如圖1所示為PLC模塊式硬件配置。PLC特點鮮明，應用性強、抗干擾能力強、可靠性高，而且編程直觀簡單，功能完善，在邏輯控制方面的應用優勢非常明顯。

煤礦提升系統是煤礦生產過程的關鍵環節，保證煤礦提升機的正常運轉至關重要。本設計方案就是利用PLC技術在改善控制系統性能方面的強大優勢，將PLC技術合理地應用到礦井提升機電控系統中，優化電控系統的工作性能和工作效率，為煤礦企業的安全穩定生產提供有效的保證。

2 礦井提升機控制系統結構設計

（1）硬件結構組成

礦井提升機一般由電動機、減速器、主軸裝置、制動裝置、深度指示器、電控系統、潤滑系統及操縱臺組成。提升機設備的安全可靠運轉直接關系到礦井的正常生產和工作人員的生命安全，所以《煤礦安全規程》中對于提升機控制系統的應用提出了嚴格的要求?；赑LC的礦井提升機電控系統主要由提升信號系統、提升監測系統、提升速度控制系統、PLC主控單元、安全保護系統組成。該電控系統能完成礦井提升機工作過程中的各種控制操作，并能對提升機的整個工作過程進行實時動態監測，保證提升系統的安全可靠運行。該系統組成框圖如圖2所示。

（2）控制過程

方案選用C60P-CDR型可編程控制器主機及控制器擴展機作為電控系統的主控單元，該PLC為60點的輸入、輸出容量和8路的輸入、輸出數字量，內存為4K，能夠滿足煤礦提升機自動循環提升的控制要求。PLC主控單元是該電控系統的控制核心，通過PLC的信號輸入模塊采集接收各外設控制開關或傳感器檢測到的工作信號，然后經過其CPU模塊的邏輯運算處理后，以模擬量信號形式輸出開關指令，使相應的速度控制系統、高壓換向器、制動回路、安全保護系統等外部被控對象做出動作，完成提升機的加速、等速、減速、爬行、制動、停車等工作過程的控制。

根據提升機的工作流程，該電控系統具體控制過程如下：

①制動回路的控制。一開始，制動回路始終處于斷開狀態，只有當回路中所有觸點都正常閉合時，才會執行開車命令。當井下發出提升信號后，控制系統首先進行自檢，檢測是否符合開車運行條件等狀態。如果發現不正常狀態，及時進行安全報警提示，便于操作員進行及時處理。若系統一切正常，則解除安全制動，閉合所有回路觸點，提升容器就會按照事先設定的程序進行動作，完成提升過程。

②行程位置的控制。在提升機主軸上安裝一個光電編碼器，光電編碼器產生的脈沖信號與部分操作信號及設定的相應參數結合起來進行計算，經過PLC的高速計數，自動轉化生成提升機的位置數據，并會在提升容器相應的位置發出開關信號。同時計數脈沖值會傳送到PLC內部高速計數器的存儲單元，通過深度指示器實時顯示提升容器在井筒中的位置，以便于提升機操作人員實時掌控提升容器在井筒中的運行狀態。在PLC程序中和深度指示器上還分別裝有過卷開關，當發生過卷情況時，過卷開關會立即切斷安全保護回路，實施緊急制動。

③提升機速度自動控制。該電控系統的測速電機輸出電壓與主電機的速度成正比關系，通過PLC自動控制測速電機的電壓信號，以達到對提升機速度的自動控制。同時根據光電編碼器的脈沖反饋信號計算出提升容器在任意時刻的運行速度，PLC單元對各關鍵速度點進行開關控制。深度指示器上裝的限速裝置會在提升容器到達終點停車位置前的減速階段，將提升機速度限制在2 m/s。

④故障檢測控制。在提升過程中，系統會時刻監視各設備的運行參數，進行故障監測和分析，一旦發現有故障發生，安全保護PLC模塊會立即發出信號或做出相應緊急控制，確保提升機能夠穩定可靠的投入工作運行。endprint

3 提升機電控系統軟件程序設計簡介

根據提升機系統的工作要求，軟件系統的設計要保證穩定的完成如下功能過程：（1）提升機的正反轉；（2）提升機的起動、加速、等速、減速、爬行及停車等；（3）根據需要控制提升機的速度；（4）根據工況選擇不同的操作方式，控制運行狀態。在提升機的運行過程中，運行狀態監視及故障檢測系統要完成如下功能：①監視運行狀況，顯示各種狀態；②檢查各裝置、各環節運行是否正常，判斷故障類別；③根據故障類別，分別采取相應措施。（5）結束運行。系統控制流程圖如圖3所示。

4 PLC技術在礦井提升機中的應用優勢

采用PLC技術設計礦井提升機電控系統，不僅提高了礦井提升機的控制水平，而且使礦井提升機整體的自動化程度有了很大的提高。（1）PLC作為系統控制核心來實現主要邏輯控制，靈活性強、控制功能多，且控制精度高、擴展功能強，先進性有較大提高。（2）PLC輸入輸出均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護措施，自診斷機制靈敏，可靠性高。（3）由軟件程序指令來代替傳統的繼電器硬件實現提升機各項功能，便于修改校正運行參數，實現了柔性控制。④自動化的設計減輕了操作人員的勞動強度，提高了生產效率，保證了煤礦企業的穩定高效生產。

5 結語

該文主要論述了在礦井提升機的電控系統中用PLC控制器來代替繼電器控制系統的可行性和必然性，簡要地介紹了PLC技術在電控系統中的結構組成、軟硬件設計和控制原理。結果表明，PLC技術在煤礦提升機電控系統中的應用表現出極大的優越性，實現了礦井提升機電控系統的自動化控制，有效地提高煤礦企業的生產效率和經濟效益，提升了煤礦企業的自動化、現代化管理水平。

參考文獻

[1] 國家安全生產監督管理局編.煤礦安全規程[M].煤炭工業出版社，2011.

[2] 蔚彩蓉.PLC在礦井提升機控制系統中的應用[J].煤礦機械，2005（1）：112-113.

[3] 賀志芳.淺談PLC在礦井提升機上的應用[J].科技信息，2010（8）.

[4] 李善林.PLC技術在煤礦提升機電控系統中的應用[J].煤炭技術，2013（5）：18-20.

[5] 徐成毅.基于PLC的礦井提升機控制系統設計[Z].2008.

[6] 索楠，馬春燕，李永剛.基于PLC的礦井提升機控制系統的設計[J].機械工程與自動化，2012（2）：139-140.

[7] 鐘肇新，范建東.可編程控制器原理及應用[M].廣州：華南理工大學出版社，2005.endprint

3 提升機電控系統軟件程序設計簡介

根據提升機系統的工作要求，軟件系統的設計要保證穩定的完成如下功能過程：（1）提升機的正反轉；（2）提升機的起動、加速、等速、減速、爬行及停車等；（3）根據需要控制提升機的速度；（4）根據工況選擇不同的操作方式，控制運行狀態。在提升機的運行過程中，運行狀態監視及故障檢測系統要完成如下功能：①監視運行狀況，顯示各種狀態；②檢查各裝置、各環節運行是否正常，判斷故障類別；③根據故障類別，分別采取相應措施。（5）結束運行。系統控制流程圖如圖3所示。

4 PLC技術在礦井提升機中的應用優勢

采用PLC技術設計礦井提升機電控系統，不僅提高了礦井提升機的控制水平，而且使礦井提升機整體的自動化程度有了很大的提高。（1）PLC作為系統控制核心來實現主要邏輯控制，靈活性強、控制功能多，且控制精度高、擴展功能強，先進性有較大提高。（2）PLC輸入輸出均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護措施，自診斷機制靈敏，可靠性高。（3）由軟件程序指令來代替傳統的繼電器硬件實現提升機各項功能，便于修改校正運行參數，實現了柔性控制。④自動化的設計減輕了操作人員的勞動強度，提高了生產效率，保證了煤礦企業的穩定高效生產。

5 結語

該文主要論述了在礦井提升機的電控系統中用PLC控制器來代替繼電器控制系統的可行性和必然性，簡要地介紹了PLC技術在電控系統中的結構組成、軟硬件設計和控制原理。結果表明，PLC技術在煤礦提升機電控系統中的應用表現出極大的優越性，實現了礦井提升機電控系統的自動化控制，有效地提高煤礦企業的生產效率和經濟效益，提升了煤礦企業的自動化、現代化管理水平。

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[7] 鐘肇新，范建東.可編程控制器原理及應用[M].廣州：華南理工大學出版社，2005.endprint

3 提升機電控系統軟件程序設計簡介

根據提升機系統的工作要求，軟件系統的設計要保證穩定的完成如下功能過程：（1）提升機的正反轉；（2）提升機的起動、加速、等速、減速、爬行及停車等；（3）根據需要控制提升機的速度；（4）根據工況選擇不同的操作方式，控制運行狀態。在提升機的運行過程中，運行狀態監視及故障檢測系統要完成如下功能：①監視運行狀況，顯示各種狀態；②檢查各裝置、各環節運行是否正常，判斷故障類別；③根據故障類別，分別采取相應措施。（5）結束運行。系統控制流程圖如圖3所示。

4 PLC技術在礦井提升機中的應用優勢

采用PLC技術設計礦井提升機電控系統，不僅提高了礦井提升機的控制水平，而且使礦井提升機整體的自動化程度有了很大的提高。（1）PLC作為系統控制核心來實現主要邏輯控制，靈活性強、控制功能多，且控制精度高、擴展功能強，先進性有較大提高。（2）PLC輸入輸出均帶有光電隔離等抗干擾和過載保護措施，自診斷機制靈敏，可靠性高。（3）由軟件程序指令來代替傳統的繼電器硬件實現提升機各項功能，便于修改校正運行參數，實現了柔性控制。④自動化的設計減輕了操作人員的勞動強度，提高了生產效率，保證了煤礦企業的穩定高效生產。

5 結語

該文主要論述了在礦井提升機的電控系統中用PLC控制器來代替繼電器控制系統的可行性和必然性，簡要地介紹了PLC技術在電控系統中的結構組成、軟硬件設計和控制原理。結果表明，PLC技術在煤礦提升機電控系統中的應用表現出極大的優越性，實現了礦井提升機電控系統的自動化控制，有效地提高煤礦企業的生產效率和經濟效益，提升了煤礦企業的自動化、現代化管理水平。

參考文獻

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