基于S7—300PLC的井深自適應技術在礦山建井提升機中的應用

李俊強　封安波

摘 要：在現代礦井提升機控制技術基礎上，利用西門子S7-300系列PLC的強大功能，提出了礦山建井工礦下的井深自適應控制思路，構建了建井提升機井深自適應控制系統總圖，闡明了井深自適應技術計算原理，并依據中煤依蘭三礦建井現場工礦，編制了井深自適應計算邏輯程序，部署實施方案，實現了該技術在建井現場的成功應用。

關鍵詞： S7-300 PLC；礦山建井；井深自適應

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.250

0 引言

開鑿井筒是新建礦山地下工程實施的第一步，也是礦山籌建的重要一環。建井提升機承擔著提升物料和運送人員設備的任務，建井過程中，要面臨地下水、巖石等復雜的地質條件，因此，對提升機控制提出了較高要求。在傳統建井提升機控制系統中，多采用繞線交流電機配套TKD調速控制系統，提升機操控司機對當次提升行程只能通過井工人員反饋，并通過打點信號和定點視頻影像做出判斷并進行手動控制，存在加減速不平順和停車位置不精準問題，提升質量和效率往往因人而異，鑿井深度不斷變化對司機應變存在考驗。隨著現代電力電子和PLC技術的不斷發展和推廣，目前建井提升機的驅動調速越來越多的使用變頻器，操控和行程計算采用PLC技術，在此基礎上，井深自適應技術的提出適逢其時。

1 礦山建井提升機控制系統總體結構

在圖1中，提升機一般為單繩纏繞式提升機；電機多采用繞線式交流異步電機或鼠籠式交流異步電機；編碼器為每周2048脈沖的高精度增量式編碼器；主控采用西門子S7-300系列PLC；上位機安裝有基于winCC設計的監控系統；操控臺上設置有手柄及各種控制開關，且具有系統狀態顯示和故障告警指示功能；變頻器接受主控PLC控制命令和速度給定信號實現對電機的變頻驅動。

2 井深自適應技術計算原理

2.1 編碼器單位脈沖米數計算

鋼絲繩規則地纏繞于提升機滾筒上，滾筒直徑約等于纏繞直徑。增量式編碼器安裝于電機或滾筒軸端，跟隨轉動。如果編碼器采用和滾筒直連方式，則滾筒轉動一周，編碼器生成2048個脈沖；如果編碼器和電機直連或安裝于其它機械部件上，則需考慮減速比。

假設，滾筒直徑為，減速比為，編碼器單個脈沖對應的米數為，則可得出下式：

2.2 提升機實時行程計算

假設提升機起動時，編碼器脈沖數為，啟動后編碼器的實時脈沖數為，則可得出當前提升機的實時行程。

2.3 提升機實時速度計算

由于提升機實時速度不斷變化，為提高計算精度采用了時間增量的概念，時間增量越小，計算精度越高。受限于PLC的中斷時間，一般時間增量取200ms。假設，某個時間增量區間內起點脈沖數為，終點脈沖數為，則可得出實時速度。

2.4 井深自適應判斷

假設，當提升容器位于井口齊平位置時，井深為，編碼器脈沖數為零，提升容器自井口齊平位置下行，編碼器隨之轉動，脈沖數不斷增加。若將當前開鑿井深定義為，提升容器下放至深度時，編碼器生成脈沖數為。當開鑿工程繼續向下進行，開鑿深度變為，對應編碼器脈沖數為，此時，，。在PLC中，通過對比邏輯判斷，將覆蓋，成為新的井深值，寄存于數據塊中。

2.5 速度運行曲線的自適應動態變化

建井提升機控制系統中，S7-300 PLC功能之一是生成運行速度曲線，運行速度曲線由加速、勻速、減速、爬行等四個階段，分別由加速度、速度限幅、減速度和爬行速度來確定。下面，逐個分析其計算原理。

（1）加速度的確定。當開鑿井深較小時，由于提升行程短，加速度賦值較小，隨著井深的的不斷增大，為提高提升效率，加速度也不斷增大。本文中，將設計井深分為4個區間（對于超大井深可適當增加區間數），分別對應加速度、、、。

（2）速度限幅的確定。定義速度限幅為，設定一個合適的系數，與不斷更新的井深值形成一定的比例關系。

（3）爬行速度的確定。定義爬行速度為，爬行行程為，一般建井工礦下，爬行速度可確定為，爬行行程根據井口裝置狀況進行確定。

（4）減速度的計算。定義減速度為，根據建井工礦確定減速點后，減速行程即可確定為，減速度的大小主要取決于速度限幅，因此可依據下式計算。

3 結語

井深自適應技術在礦山建井提升機上獲得成功應用后，極大地簡化了操作司機的手動操作步驟，緩解了司機的工作壓力，顯著提高了提升效率，從起停車穩定性、加減速平滑度、近井口爬行平穩性等方面相較于TKD調速系統有明顯改善，另外，在提升機運行安全上也有較大改觀。