基于PLC的礦井提升機變頻控制系統研究

周生方　盛兆峰　石亞洲

摘 要：基于PLC的礦井提升機變頻控制系統的特點是便于操作、人機界面好、調速性能優良、可以動態呈現、節能效果好等，因而大大提升了系統的穩定性。為此，本文主要闡述了PLC變頻控制系統的設計及其應用。

關鍵詞：PLC；礦井提升機；變頻控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.113

0 引言

近年來，國內的變頻技術越來越進步和發展，非常便于調速， 以及具備良好的穩定性與性能，因而在一系列的行業中被普遍地應用。PLC（可編程控制其）作為一種電子系統可以操作和運算數字，可以控制順序等，因而其優勢是抗干擾能力強、便于編程、適應性強等。相比于傳統的繼電器控制，PLC控制器應用于礦井提升機中，可以提高控制精度與制動可靠性，從而使生產當中的故障現象大大地減少。

1 PLC 變頻控制分析

作為一種運算操作數字的PLC（編程控制器）的電子系統的特點是便于操作、編程簡單、穩定性強、抗干擾性強、應用廣泛、通用性強等，相比于傳統的繼電器控制，在工業生產中應用PLC有著顯著的優勢。基于PLC的礦井提升機變頻控制實現了控制系統安全性與穩定性的提升，通過PLC控制安全制動、松閘制動、緊閘制動、安全保護、過程等。并且，速度反饋信號應用測速發電機與旋轉編碼器，以及安全回路屬于雙線制動，在出現故障的時候能夠實施一級制動或二級制動。除此之外，整個控制系統涵蓋制動電阻柜、PLC柜、電源柜、變頻柜、操作臺等等。

2 基于PLC的礦井提升機變頻控制系統設計

2.1 基于PLC的礦井提升機變頻控制系統

對于礦井提升機變頻控制系統來講，變頻調速重點是對定子供電頻率進行改變的基礎上使電機的速度獲得調整。在調速的全部過程中，其機械特點大致上平行于自然機械特點，跟調低速和調高速不存在任何的關系，變頻調速可以跟礦井提升機的獨特運行環境相適應，以及具備優良的節電效果。控制系統應用PLC（微處理器）可以監控與保護提升系統，從而使系統的精確性與安全性提升。

2.2 基于PLC的礦井提升機變頻控制PLC軟件設計

2.2.1 PLC軟件的整體構造

上位機與PLC是變頻控制系統的核心控制部分，因此在設計軟件中重點涵蓋上位組態軟件與PLC控制。對于PLC控制軟件來，其重要作用是控制提升機的停車、加速、啟動、減速過程，從而采集和處理數據信息。在設計PLC軟件的過程中，兼顧到過程的復雜化，程序的編程應用主子程序模塊化次序的構造，由主循環程序調用執行系統的一系列子程序，根據事前輸入的控制程序使自動控制實現。

2.2.2 雙CPU冗余控制系統

系統中對兩套CPU模塊進行了應用，其中一套是工作主機，另外一套是備用部分，由軟件編程進行兩套CPU模塊的主控權轉移和狀態監視。在工作主機出現故障的時候，應用編程的軟件轉變備用的CPU為工作主機。固有的工作主機在排除故障之后向備用的CPU轉變。其中，系統務必應用一種型號的CPU。

2.2.3 配置變頻調速

矢量控制是變頻調速的應用理念，大功率變頻在轉變工頻三相交流電的交——直變換之后，通過逆變器應用設計的參數實現逆變，從而使某個既定頻率的交流電輸出。因為在系統中轉速和頻率的關系是接近線性，變頻器對輸出頻率進行控制，以使電機的輸出轉速進行改變。其中，是在PLC設計中配置礦井提升機工作速度的S形速度曲線。S形速度曲線的執行操作，在啟動加速的時期，提升機的行程不存在，結合固定的行程方式進行調速，重點是對變頻器輸出頻率進行調整的情況下，能夠結合實際現狀應用操作臺速度控制手柄實現輔助調節。系統結合旋轉編碼器得到主電機的轉速，且向可編程控制器中傳入信息，然后PLC處理相應的數據，以及為操作工作者呈現，最后操作工作者結合PLC對控制命令進行發送，從而調控變頻器的速度。

3 基于PLC的提升機變頻控制系統的應用

3.1 應用于運行過程中

在煤礦生產過程中的，礦井提升機的關鍵作用是輸送人員、物料、礦石等。然而，基于我國加速工業化步伐的影響下，增加了需要的煤炭量，并且采煤的環境也越來越惡劣。這樣一來，對礦井提升機的要求越來越高。在控制提升機的過程中，重點是控制提升機的機位，需要比較高的精確度，當今結合微機控制可以實現士2cm的精確度。在進行提升的時候，PLC控制系統對一系列的井筒位置、鋼絲繩打滑、轉變轉角脈沖等一系列傳感信號進行采集，從而能夠監視全部的運行過程。能夠劃分信號為裝置工作現狀信號和工況參數信號，在結合PLC 的處理之后向操作工作者反饋，操作工作者能夠實時地處理故障，從而提升了系統的穩定性。

3.2 應用于系統安全保護中

設計PLC的安全回路重點是使提升機控制、電氣故障、機械等都處在安全保護中，以及保障操作工作者與裝置的安全性，重點能夠實施下面的保護對策：一是呈現報警。在運行參數不正常的情況下，像是在冷卻器溫度比較高的情況下，保護系統能夠呈現報警。二是不能二次開車。在提升機裝置存在不正常情況的時候，倘若電機繞組太熱，那么提升機不可以又一次地進行啟動。三是迅速地進行電氣制動。對于運行過程中的提升機發生故障的情況下，提升機迅速地進行制動，然后暫停工作。四是迅速地進行安全制動。系統保護的最后一個方面是安全制動，在安全回路自身或提升機發生故障的情況下，可以使安全制動準確地執行。

4 結語

綜上所述，在礦井中應用PLC變頻控制系統能夠實現提升機控制性能的大大提升，其有著非常多的作用以及普遍的應用價值，然而，該系統的不足之處是設計程序復雜化，因而要求不斷加以地分析與優化。

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作者簡介：周生方（1990-），男，山東嘉祥人，本科，助理工程師。endprint