礦山提升機控制系統中PLC應用的價值分析

柴興偉，許躍龍

[摘? ? 要] PLC為可編程邏輯控制器，是采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。隨著該技術的不斷發展，并密切配合直流調速電控或交流變頻調速電控，使用不同的組合應用，通過PLC的執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作功能對提升機控制效果顯著提升，使礦井提升機具備優越的控制性能。基于我國科學技術水平的提升，我國礦井提升機越發朝著裝備大型化，深度、速度值大，控制系統自動化、信息化程度高方向發展，可編程邏輯控制器技術可對提升機安全進行提升，并顯著提升提升機的可靠性和安全性，解決傳統礦井提升機不夠可靠的問題，改善電能耗費情況，降低故障率，對礦井本質化安全和運輸效率有效提升，從而增加經濟效益。

[關鍵詞]礦山提升機控制系統;PLC;應用價值;變頻調速

[中圖分類號]TD633 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）02–00–03

Value Analysis of PLC Application In mine Hoist Control System

Chai Xing-wei，Xu Yue-long

[Abstract]PLC is also referred to as programmable logic controller. It uses a type of programmable memory to store programs in its internal storage to perform user-oriented instructions such as logic operations， sequence control， timing， counting and arithmetic operations， and pass digital Or analog input/output control various types of machinery or production processes. With the continuous development of this technology， and close cooperation with DC speed control or AC frequency conversion speed control， different combination applications are used， and the logic operation， sequence control， timing， counting and arithmetic operation functions of PLC are used to control The control effect of the hoist is significantly improved， so that the mine hoist has superior control performance. Based on the improvement of the level of science and technology in my country， mine hoists in our country are increasingly developing in the direction of large-scale equipment， greater depth and speed， and high degree of automation and informatization of the control system. In order to improve the safety of the hoist， the programmable logic controller technology And significantly improve the reliability and safety of the hoist. Solve the problem that the traditional mine hoist is not reliable enough， improve the electricity consumption rate， reduce the failure rate， and effectively improve the intrinsic safety and transportation efficiency of the mine， thereby increasing economic benefits.

[Keywords]mine hoist control system; PLC; application value; frequency conversion speed regulation

隨著科學技術的發展，PLC功能更加完善和全面，利用可編程邏輯控制器的控制功能，并在此基礎之上，結合變頻器和PLC控制器，簡化控制線路，使其對提升機的控制需求和自動化需求更加適應。多數礦井中的工作人員在操作礦井提升機時，采用自動化控制方法，并且控制效果良好。我國在計算機技術領域近年來得到十分迅速的發展，工業結合計算機技術在未來具有良好的發展前景。將PLC新型技術運用于礦井提升控制中，對生產效率顯著提升，并節約人工成本，對傳統生產中的缺點進行優化，使提升系統集成度更高，操作監控界面人機融合度更好。

1 PLC控制技術發揮的作用和優點

PLC技術優勢明顯，將PLC技術與計算機技術相結合，可以充分發揮機電一體化的功能。當前我國科學水平迅速提升，機電一體化顯著提升，因此在計算速度和產品儲存量上，具備越來越嚴格的要求。PLC技術可以有效改善以上問題，進而使人們的生活更加便利。與其他技術對比，PLC技術在器件設備中運用，其自身的抗干擾性能更加優質。統計研究目前礦井提升機生產水平，以及PLC技術在其中的實際運用狀況，發現在PLC技術中運用大規模集成電路技術，能夠增強大規模集成電路的可靠性。

研究發現，PLC可編程邏輯控制器若為西門子公司生產，其在沒有故障的前提下工作時間較長。這其中的原因主要是可編程邏輯控制器生成期間，其硬件可實施自我檢測，若在檢測過程中發現問題，可以將警報及時發布，從而可以快速處理問題。基于半導體材料和集成電路的迅速發展，極大提升了芯片集成度，并且芯片上電路元件的集成度提升顯著。所以，PLC具有十分豐富的功能，可對工業控制中的不同需要進行滿足。并且，器件自身邏輯處理功能和數據運算功能完整，在應用上具有一定優勢。

2 礦井提升機的類別

實際施工中采用礦井提升機，基于對變頻調速控制系統的科學使用，能夠使提升機的工作質量和工作效率顯著提升，并且還會對設備運行中的穩定和安全造成影響。因此，應在了解實際情況的前提下，全面掌握礦井提升機特點。

2.1 依據提升機用途分類

礦山生產期間，基于用途的不同，會采用符合實際情況的提升機，基于提升機用途，對其進行分類，主要包括副井和主井兩類。主井提升機的作用就是開采期間，對礦石進行提升。如礦井年生產量超過30萬t，選擇箕斗作為提升容器，礦井若為小型，年生產量不超過30萬t，可選擇串車、罐籠作為提升容器。副井提升機大部分用來提升人員、設備、廢料、運輸矸石等。

2.2 依據提升類型分類

基于提升類型對提升機進行分類，包括多繩摩擦式和單繩纏繞式。開發生產傳統礦山期間，提升機主要為變直徑滾筒提升機，根據拖動電動機，分為直流拖動提升機和交流拖動提升機，近年來我國科學技術發展十分迅速，改變了礦井提升機，目前主要采用單繩纏繞式提升機，類型為直徑圓柱型滾筒，保證提升機的工作質量和工作效果，順利完成礦山生產。

2.3 依據井筒傾角的分類

基于礦井提升機井筒傾角分類，可分為斜井式和立井式，一般情況下，罐籠和箕斗為立井提升機的提升容器，斜井提升機的提升工作通過斜井箕斗、提礦車進行。若斜井具有較大規模，或者具有特殊性質，為了對礦井提升工作順利完成，可采用膠帶輸送機。

3 PLC提升機控制系統的組成

PLC提升機控制系統由提升機動力裝置、主電機裝置、變頻調速器、液壓站、控制監控系統、操作臺組成。在提升機中采用PLC控制系統，能夠實現變頻微調，為了對微調遙控控制系統進行實現，應結合其他系統和動力裝置，對提升機使用效果進行顯著提升，該動力裝置系統組成為滾筒、減速器、主電機。基于底座，主電機供應電能，并在減速器的滾筒基礎上，對牽引動力系統效果進行提升。

互通物料、物力、人力，獲取核心動力，對綜合運輸任務順利完成。作為提升機整個動力來源，主電機裝置和控制監控系統在提升機中具有重要作用。液壓站的制動力在可編程邏輯控制器系統中，為主要制動力，這種制動力可對礦井提升機的可靠性和安全性進行保證，改善工作環境，并對過剩動力有效控制，基于安全標準的前提下實施工作。作為動力的反作用力，制動力在可編程邏輯控制器中作用顯著。

變頻調速器模式主要為微調，加速可編程邏輯控制器提升機控制單元能量較為強大，可轉換輸入的公頻電能，變成頻率可調節電能。其在PLC礦井提升機中作用顯著，可對各種類型的控制指令進行發布，并控制提升機運行，效果顯著，提升提升機平穩性。不但能夠顯著提升目前提升機的啟動效果，還可以快捷減速停車，保證緊急制動之后的安全性。優化這些能量控制單元和綜合控制因素，對PLC提升機進行調配，提升PLC提升機的高效性和平穩性，確保其良好運行。

作為礦井內部重要組件，操作臺組件單元通過操作臺，可下達礦井提升機新的指令，保證提升機可以無停頓、平穩的啟動。對礦井提升機下達減速命令或者啟動命令時，會通過緊急制動系統，由控制核心發出指令，操作人員通過監控對其進行查看，管理運輸系統和控制系統，需要專門的監視操作工作者來完成，基于監控，對監控核心訴求和工作狀態完善這一目標進行實現。在對故障參數進行修正的過程中，按照系統運行情況對礦井提升機運行中的控制系統狀況進行判斷。礦井提升機具有多種類型的控制系統，為了對研究準確性和研究深度進行提升，通過實際案例進行分析，對PLC技術的運用進行分析，對其側重點進行重點分析。

3.1 系統硬件組成

在考慮到采礦行業特點的前提下，此次設計過程中采用的PLC機型生產公司為歐姆龍公司，該機型為中小型機，1184點為最大控制I/O點數。選擇PLC系統作為提升機口控制系統核心，對傳統儀表控制中的缺點進行改善，用戶按照自己的實際情況，采用PLC技術，利用變成對輸出信號和輸入信號的連鎖進行實現，若有故障發生，儀器可快速反應，對控制系統的可靠性和安全性顯著提升。使用晶閘管作為系統單元，晶閘管還可以當做電子開關，利用功率擴展板完成觸發，控制加熱器通斷，可編程邏輯控制器中通過熱電偶對反饋信號輸入進行測量，對一個完整的閉環系統進行構建。

3.2 人機互動模塊分析

在開關量模塊中，輸入模塊主要對選擇待類型進行承擔，使用C200H-ID212。選擇C200H-OC225輸出模塊，用于輸出報警信息和故障信息。利用觸摸屏塊對人機界面提升機的停止和啟動進行實現，并對參數、品種等進行選擇，在故障或報警發生時，可對故障的產生原因和位置直接顯示。

3.3 系統軟件結構內容

設計過程就是控制提升機的物理量，例如控制單元、速度、深度等。運行提升機過程中，若出現重大故障或者輕型故障，控制系統能夠實施自我診斷，并且實時顯示當前系統運行狀況以及相關參數。舉例如下：提升設備在礦井中的速度和深度等情況。運行環境和組態環境之間存在一定關聯性，但又互相獨立，這就是提升機的組態軟件。軟件部分為提升機系統組成中的重要部分，提升機系統操作環境為全中文，對黏貼操作和微軟系統操作支持，可對操作人員的編程效率進行提升。該軟件結構在設計過程中，需要提前對其工藝控制要求進行了解，實時動態監控該系統的運行情況，以及礦井提升過程。

3.4 注意事項分析

在礦井提升機中采用可編程邏輯控制器技術具有重要作用，這種運用方式未來具有良好的發展前景，設計工作者基于目前礦井提升機系統運行情況，可有效完善計算機組網，健全PLC電氣控制系統。PLC技術發展迅速，并廣泛運用于各個領域，因為PLC技術具有廣泛的網絡布局，因此具備較大密度，可有效運用于機電一體化中。未來電氣設備中會更加廣泛地使用PLC技術，完善通訊工具，提升控制系統操作的簡潔性和便利性。

PLC通訊和監控系統上位機均采用西門子S7-300PLC通訊適配器，無需使用其他通訊設備，將RS232端口在上位機端中運用，PLC處在PLC的MPI端口接入。采用SIMATIC WinCC視窗控制中心作為監控系統組態軟件，其為最新的三十二位技術的過程監視系統，靈活性和開放性較強，Wincc組態軟件具有十分強大的功能。監控畫面：報表、趨勢圖、運行記錄、主回路、安全回路監控、主開車等畫面。監控畫面對井筒中配重和箕斗的位置實時顯示，并監控和現顯示編碼器、掛鉤檢測、井筒內井筒開關、閘盤處煙霧傳感器、主電機溫度液壓站壓力、等部位的傳感器數據，并可以在主開車畫面中對當日的提升機產量和運行勾數進行查詢，便于系統對數據隨時查詢和記錄，并且還可以計算卷徑和調繩的快捷通道，可視化指揮相關工作人員的檢修作業，運行記錄功能可在主開車畫面最下方顯示。安全回路畫面能夠對運行期間提升機的磁場電流數據和電樞電流進行顯示，還可對測速機反饋、編碼器、調速裝置的實時速度進行顯示，便于提升機操作人員對比數據，若速度出現明顯差異時，操作人員應對編碼器狀態和調速裝置測速電機狀態及時檢查，防止產生速度超差和等速超速故障報警。

畫面中還能夠對安全回路工作狀態進行觀察，若安全回路故障出現時，可以對安全回路斷開這一現象出現的原因進行直觀判斷，提供檢修作業技術支持，縮短故障點查找的停車檢修時間。運行記錄畫面可對一個月內所有運行故障進行記錄，提供系統運行事故責任認定和查詢相關證據和有力保證。趨勢圖畫面能夠對提升機運行期間的提升機速度曲線、磁場電流曲線、電樞電流曲線進行實時監控，基于曲線的平滑度對勵磁裝置以及調速裝置的工作穩定性能進行反映，提供過程控制和行程控制更好的參考建議，并且，還能夠對主井每個月的提升量進行查看，并對廢石提升量、每班的礦石、當日礦石進行查詢，對礦調度指揮中心礦巖石產量日報需求進行滿足，并提供礦云平臺數據庫原始數據記錄功能。

4 結束語

為了企業生存和更好的發展，市場上的競爭越來越激烈，對各個行業均造成沖擊。將PLC技術特點應用于機電生產行業中，利用PLC的執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作功能顯著提升提升機控制效果，促進我國礦井提升機朝著裝備大型化，深度、速度值大，控制系統自動化、信息化程度高方向發展，通過運用PLC技術，可以有效提升礦井本質化安全和運輸效率，促進我國經濟發展。

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