基于PLC的絞車液壓控制系統(tǒng)設計

楊曉晨

摘要：為了增加礦井使用絞車的自動化水平，減少事故發(fā)生，在基于PLC基礎上，對絞車控制系統(tǒng)進行了設計，設計的系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對運行速度、里程精準控制，具有較強的實用價值。

關鍵詞：PLC;絞車;控制系統(tǒng)

絞車是礦井井下生產的重要設備，絞車的正常運行對保證礦井高效生產具有重要意義。目前井下絞車的控制方式主要分為液壓控制以及電液控制兩種方式。將液壓控制系統(tǒng)與絞車進行配合使用，構建新的運輸提升設備，其中最為重要的是，液壓控制系統(tǒng)，對保證整個設備的正常運轉、調節(jié)及保護起著重要作用[l-4]。文中針對目前液壓絞車控制中常見的問題，設計了一種新型液壓控制系統(tǒng)，利用PLC控制器來實現(xiàn)對絞車進行控制，從而提升絞車的工作效率，提升絞車運行的穩(wěn)定。

1液壓絞車問題分析

1.1速度控制問題

現(xiàn)階段，液壓絞車最常用的控制調速方式為容積調速，通過采用改變液壓絞車變量泵的角度來實現(xiàn)對絞車運行速度的控制，井下應用最廣泛的BYT絞車為例，具體的液壓控制系統(tǒng)如圖1所示。當控制系統(tǒng)中的變量泵伺服閥處于中位時，絞車的運行速度保持不變，需要對絞車的運行速度進行調節(jié)時，控制手柄，主泵將液壓油泵送到油缸內，推動液壓活塞上升，提升斜盤的角度，從而實現(xiàn)對絞車速度的控制。絞車減速過程與調速過程相反。對絞車運轉速度的控制需要采用手動方式進行，這也是整個速度控制的安全隱患，當井下工作人員操控經驗不足時容易引起礦井事故發(fā)生。

1.2超速保護

采用液壓絞車對材料進行運輸時，隨著動力馬達運轉速度的逐步加大，其最終的運轉速度會超過主油泵最大的供給速度，這種情況下，動力馬達會改變主油泵的主從控制方式，驅動馬達帶動主油泵進行運轉，電動機轉變成為發(fā)電反饋模式，產生系統(tǒng)控制力矩，會逐漸的產生超速現(xiàn)象。若不對超速控制狀態(tài)下的控制方式進行必要的防護，很容易就會出現(xiàn)超速現(xiàn)象，不對控制系統(tǒng)進行保護，極容易發(fā)生安全事故，目前采用的保護裝置主要是通過離心力斷開連接點，實現(xiàn)液壓絞車的緊急制動。

2控制系統(tǒng)設計

針對當前控制系統(tǒng)中存在的問題，采用PLC控制器及PID控制方式來對液壓控制系統(tǒng)進行設計，提升控制系統(tǒng)的自動化水平以及控制精度，改進設計的液壓控制系統(tǒng)結

2.1系統(tǒng)控制原理

設計的液壓控制系統(tǒng)通過對電液比例控制來實現(xiàn)對運行速度控制，液壓油通過油泵送到減壓閥后再進入到方向控制閥，最后進入到控制系統(tǒng)中的傳動系統(tǒng)。當系統(tǒng)中的方向閥處于工作時，液壓油進入到油缸的上腔部分，推動運動活塞向下轉移，變量泵的角度逐漸減小，絞車的運轉速度降低。當系統(tǒng)中的方向閥不工作時，液壓油進入到油缸的下腔部，推動運動活塞向上運動，變量泵的角度增加，絞車的運行速度不斷增加。在控制系統(tǒng)中的轉動裝置中安設的傳感器可以實現(xiàn)對絞車運動信號的識別，并將運動信號轉變成電壓信號。控制系統(tǒng)中測量信號與計算信號進行比對，若兩者相等時，方向閥的電流值為0，活塞保持不動作，絞車保持勻速運轉。當絞車需要減速運轉時，設計的液壓控制系統(tǒng)利用PLC控制器根據行程信號來控制換向閥以及溢流閥的工作，從而實現(xiàn)對絞車運轉速度的自動化控制。同時根據絞車運轉速度不同，方向閥也會進行適當的調整，實現(xiàn)對絞車運行速度的雙重把控。

2.2速度檢測原理

由于井下絞車工作環(huán)境十分復雜，系統(tǒng)采用磁阻式傳感器來實現(xiàn)對絞車運轉速度的控制，將傳感器與驅動電機主軸進行連接，將驅動電機的速度信號轉變成電信號，從而確保信號在傳遞過程中部會受到干擾，防止信號丟失。并對轉換成的電信號進行放大，將最終輸出的電路電壓信號與原始的信號頻率值相同。

經過對電信號進行放大處理之后，得到與頻率轉速成正比的電壓信號，電路中的電壓信號經過f/V轉變之后形成的直流電壓信號，跟采用PLC上的模數轉換器來轉變成數字信號，并進行存儲，為系統(tǒng)后續(xù)的PID控制做準備。

2.3 PID控制

絞車的理想的運行速度狀態(tài)是梯形，將檢測到的電壓信號經過數模轉換之后以反饋量進行比對，經過PID控制器之后，再采用模數轉換并放大，再通過電磁鐵、液壓油缸等部件得到系統(tǒng)的控制速度。采用的PID控制公司如下所示。

Mn=Kc×（SPn-PVn）+Kc×（SPn-PVn）×Ts/T1+Kc×（PVn-1-PVn）×TD/Tl

從上述公式之中可以看出，對PID控制起到決定性作用的4個參數分別為Ts、Kc、T1以及Tn，不同的參數下系統(tǒng)的運行直接結果呈現(xiàn)出較大的差異。在對控制參數進行調整時，首先需要對PID參數跟系統(tǒng)運行關系進行了解，在三種不同的控制作用中，不同的作用參數在作用時間上是一致的，設計的系統(tǒng)能夠對產生的誤差自動進行調整，防止產生較大的偏差。Kc值越大，系統(tǒng)的自動調節(jié)能力越大，系統(tǒng)的控制精度越高;應將Kc值控制在一定的范圍之內，較大的Kc值會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，容易導致故障發(fā)生;TI值增大會對積分結果造成影響，提升系統(tǒng)控制精度，同時TI值過高會造成系統(tǒng)靈敏度以及反映速度;TD增大會對系統(tǒng)的動態(tài)性能有所改善，但不利于系統(tǒng)抗干擾能力增加;TS值減小表示系統(tǒng)具體時間段的控制效果，會給系統(tǒng)的運輸負擔較大。為了對控制效果進行最終的優(yōu)化，可以依據液壓控制系統(tǒng)的工作環(huán)境以及絞車的具體需要對系統(tǒng)參數不斷進行調整，以便更好的滿足使用需要。

2.4其他功能

利用PLC控制器及傳感器對絞車運行速度進行監(jiān)控，監(jiān)測到運行速度超標時，PLC可以實現(xiàn)對主油泵進行控制，停止絞車的運轉。當絞車出現(xiàn)過卷時，將經過處理之后的速度傳感器信號傳輸到PLC中，對鋼絲繩的行程進行測量計算，當計算出的鋼絲繩的具體行程，超過設定值時，就會認為絞車出現(xiàn)過卷。同時設計的控制系統(tǒng)可以較為直觀的顯示絞車的運行狀態(tài)，減少人工操作帶來系統(tǒng)故障的可能。

3總結

在基于PLC基礎上對絞車液壓控制系統(tǒng)進行設計，設計的系統(tǒng)具有較高的控制精度，運行較為穩(wěn)定，絞車的運行參數可以在控制系統(tǒng)上較為直觀的顯示，方便操作人員較為直觀的對絞車進行控制，具有較好的實用效果。

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