多PLC變頻調(diào)速和低頻制動(dòng)的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫啟嘉

摘 要 傳統(tǒng)的TKD控制系統(tǒng)普遍存在控制效果差、節(jié)能效果差、操作繁瑣的缺點(diǎn)，而現(xiàn)有的PLC控制系統(tǒng)，也存在線路繁瑣、維修麻煩、制動(dòng)效果差的缺點(diǎn)。針對(duì)現(xiàn)狀，提出一種新型的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)—多PLC變頻調(diào)速和低頻制動(dòng)的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】TKD 變頻調(diào)速 低頻制動(dòng)

隨著國(guó)家煤礦工業(yè)的發(fā)展，提升機(jī)作為煤礦企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，是煤礦井下與地面世界聯(lián)系的重要通道，擔(dān)負(fù)煤炭、物料、工人等重要運(yùn)輸責(zé)任。系統(tǒng)采用多PLC變頻調(diào)速和低頻制動(dòng)結(jié)合的控制方式，在操作臺(tái)配置兩套S7-300 PLC，其中一套為主PLC控制，另一套為監(jiān)控PLC，在變頻柜、低頻柜中各配置一套S7-300 PLC，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。控制系統(tǒng)增加了低頻制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的平穩(wěn)制動(dòng)。

1 系統(tǒng)總體框架

礦井提升控制系統(tǒng)有操作臺(tái)（主PLC和監(jiān)控PLC）、高壓開關(guān)柜、切換柜、變頻柜、低頻柜、變壓器、編碼器等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

采用現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-DP控制方式，有利于系統(tǒng)的維護(hù)。此外，監(jiān)控PLC系統(tǒng)起到對(duì)系統(tǒng)的速度、深度、檔位等重要數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用ABB公司ACS2000系列變頻調(diào)速裝置，采用10KV電源供電，四象限運(yùn)行，閉環(huán)控制功能，完成提升機(jī)的加速、勻速、減速運(yùn)行的自動(dòng)調(diào)節(jié)，具有過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、過(guò)速、過(guò)載等保護(hù)功能。利用檔位編碼器高速計(jì)數(shù)功能，F(xiàn)M350-2高速計(jì)數(shù)模塊進(jìn)行處理，經(jīng)主PLC數(shù)據(jù)傳輸?shù)綇腜LC，通過(guò)SM332模擬量輸出，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。同時(shí)監(jiān)控PLC裝置配有相同的編碼器裝置，實(shí)現(xiàn)編碼器的冗余控制。

低頻制動(dòng)VACON變頻器，輸入660V低壓電源，保持頻率不變，根據(jù)PLC控制要求和給定的運(yùn)行速度曲線，控制輸出電壓的大小，保證了提升機(jī)減速段的平穩(wěn)制動(dòng)和穩(wěn)定爬行。

在變頻與低頻的切換過(guò)程中，加載切換柜，保證電氣互鎖和機(jī)械互鎖，避免變頻與低頻的同時(shí)工作。高壓柜采用VS1高壓斷路器，帶有微機(jī)保護(hù)等儀表，保證了電源的可靠性與穩(wěn)定性。

控制系統(tǒng)保護(hù)及連鎖功能：

（1）過(guò)卷保護(hù)：深度指示器安裝有上過(guò)卷、下過(guò)卷行程開關(guān)，井口安全處、井底一定距離處裝有霍爾傳感器，罐籠超過(guò)安全線時(shí)，行程開關(guān)或者霍爾傳感器動(dòng)作，安全回路動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的保護(hù)，伴有聲光報(bào)警。

（2）松繩保護(hù)：提升機(jī)下放過(guò)程中，由于速度過(guò)快時(shí)，容易出現(xiàn)松繩等故障，伴有聲光報(bào)警。操作員應(yīng)該及時(shí)減速或停車。

（3）過(guò)載保護(hù)：電機(jī)出現(xiàn)過(guò)載等故障而使電機(jī)電流過(guò)大時(shí)，變頻器啟動(dòng)過(guò)載保護(hù)，斷開輸出，使安全回路動(dòng)作，使得提升機(jī)免受損壞。

（4）液壓站保護(hù)：油壓過(guò)高、過(guò)低、濾油器堵塞、超溫時(shí)，操作臺(tái)相應(yīng)指示燈點(diǎn)亮，提示操作員低速完成本次提升，到位時(shí)，故障消除后正常工作。

（5）提升機(jī)因發(fā)生故障在中途停車，而且提升容器位于減速段行程內(nèi)時(shí)，排除故障后允許司機(jī)按原定方向開車，保持低速運(yùn)行；若罐籠允許減速范圍內(nèi)，重新打點(diǎn)開車。

（6）閘瓦磨損保護(hù)：閘瓦偏擺距離超過(guò)要求定值，操作臺(tái)指示燈報(bào)警，操作員低速完成本次提升，到位后，消除故障重新開車。

（7）深指失效：當(dāng)深度指示器失效后，故障處理如有（6）所示。

（8）電源故障斷電時(shí)，由 PLC發(fā)出指令，控制液壓站，實(shí)行二級(jí)制動(dòng)。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

PLC 系統(tǒng)控制軟件由STEP7 V5.4完成，有主程序和控制子程序完成，集成了報(bào)警預(yù)處理功能模塊，保證提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)的有效運(yùn)行，完成提升機(jī)工作情況的巡檢和控制，圖2為礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)主程序流程圖。

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件由組態(tài)王6.55完成，組態(tài)王對(duì)礦井提升機(jī)的電機(jī)參數(shù)（電流、電壓、溫度）、編碼器測(cè)量數(shù)據(jù)（深度、速度）、油壓數(shù)據(jù)（制動(dòng)油壓、潤(rùn)滑油壓）進(jìn)行存儲(chǔ)與顯示。圖3為提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主畫面。

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)融合多PLC、變頻調(diào)速、低頻制動(dòng)的控制方式，完成對(duì)提升機(jī)的精確控制。多PLC變頻調(diào)速和低頻制動(dòng)控制系統(tǒng)在多家煤礦企業(yè)得到了實(shí)際應(yīng)用，具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

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[3]鄧小盾.基于西門子變頻PLC的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)[J].煤炭技術(shù)，2012（10）：34-35.

作者單位

岜山集團(tuán) 山東省淄博市 255213