姜海濱 董镕璇 吳瑋

摘要：文章對煤礦提升機電控系統(tǒng)進行了詳細(xì)分析設(shè)計，首先介紹了提升機電控系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上重點研究了提升機電控系統(tǒng)的設(shè)計，給出了基于PLC和計算機實現(xiàn)的上下位機電控系統(tǒng)模式，以及電控的基本結(jié)構(gòu)組成，并針對其中的變頻調(diào)速關(guān)鍵技術(shù)問題給出了相應(yīng)的解決措施與方案，對于進一步提高我國煤礦提升機電控系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用水平，具有較好的借鑒指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：煤礦提升機；自動化控制；電控系統(tǒng)；信號采集系統(tǒng)

中圖分類號：TD633 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）01-0053-02

提升機承擔(dān)著運輸煤礦貨物、設(shè)備以及人員從地面到地下或者從地下到地面的任務(wù)，一直被認(rèn)為是煤礦運輸系統(tǒng)的咽喉設(shè)備，提升機一旦發(fā)生故障，輕則停產(chǎn)導(dǎo)致巨大損失，重則引發(fā)人身安全事故，因此對于提升機控制的安全可靠一直是煤礦機電科及機電工程師需要重點解決的問題之一。

本論文主要結(jié)合提升機的運行特點，對其機電控制系統(tǒng)進行深入分析探討，以期從中能夠找到合理有效且安全可靠的機電控制系統(tǒng)設(shè)計運行方案，并以此和廣大同行分享。

一、礦井提升機電控系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于礦井提升機在安全性方面的極端重要性，因此各個國家都大力致力于礦井提升機電控系統(tǒng)的研究，因此，也有人將提升機電控系統(tǒng)的水平看做是一個國家傳動控制水平的體現(xiàn)。我國煤礦井道情況較復(fù)雜，提升機電控系統(tǒng)無法做到國外那樣大型而智能化，但是我國對于提升機電控系統(tǒng)的研究和開發(fā)也是非常重視的，并且也取得了一些成果。結(jié)合目前我國各大煤礦提升機電控系統(tǒng)的運行情況來看，我國礦井提升機電控系統(tǒng)的主流應(yīng)用技術(shù)體現(xiàn)在以下幾個

方面：

（一）交流電控系統(tǒng)

我國現(xiàn)有的礦井提升機中，大約有超過一半甚至更多的提升機，采用了交流拖動電控系統(tǒng)。交流拖動電控系統(tǒng)最大特點是采用改變轉(zhuǎn)差率S的方法來實現(xiàn)調(diào)速，沒有實現(xiàn)無極調(diào)速，且調(diào)速過程中會產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，使得大量電能消耗在轉(zhuǎn)子附加電阻上，導(dǎo)致電控系統(tǒng)的調(diào)速經(jīng)濟性很差。

（二）直流電控系統(tǒng)

我國直流拖動電控系統(tǒng)的礦井提升機目前應(yīng)用的還不多，僅僅在少數(shù)大型煤礦配備了直流電控系統(tǒng)。直流電控系統(tǒng)采用變頻器實現(xiàn)對提升機的變頻拖動，一方面不僅僅大大提高了調(diào)速的經(jīng)濟性，更重要的是利用變頻器能夠很輕易的實現(xiàn)無極調(diào)速，從而大大提高了提升機的過載能力，提高了生產(chǎn)效率；另一方面，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，采用可控晶閘管整流裝置得到的直流電源作為直流拖動電控系統(tǒng)的驅(qū)動電源，能夠更加平穩(wěn)平滑的實現(xiàn)無極調(diào)速，運行效率高，適用范圍廣。

（三）微機控制電控系統(tǒng)

隨著工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了微機控制的電控系統(tǒng)，具體來說分為上位機和下位機。

1．下位機控制。目前應(yīng)用的最為廣泛的下位機控制器是可編程邏輯控制器，也稱作PLC，利用PLC實現(xiàn)對提升機的深度、拉力、電流、速度等狀態(tài)參數(shù)的實時監(jiān)測和控制。利用PLC實現(xiàn)對礦井提升機的控制的同時，具有很好的故障診斷能力，這是以往的控制系統(tǒng)所無法實現(xiàn)的功能。

2．上位機控制。利用計算機實現(xiàn)對提升機工作過程和工作狀態(tài)參數(shù)的實時監(jiān)測，并利用組建的網(wǎng)絡(luò)傳輸相應(yīng)的控制指令，實現(xiàn)對礦井提升機的遠程監(jiān)測與控制，這是目前電控系統(tǒng)的最新發(fā)展趨勢。這種電控系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對提升機的狀態(tài)監(jiān)測，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制，具備一定智能程度的故障診斷模式，因此這種智能化的電控系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用

發(fā)展。

二、基于PLC+計算機模式的提升機電控系統(tǒng)設(shè)計研究

（一）電控系統(tǒng)的基本組成

成套電控系統(tǒng)主要由高壓配電系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、全數(shù)字變流驅(qū)動系統(tǒng)組成。電氣操作系統(tǒng)采用西門子公司原裝S7-300系列的可編程序控制器作為操作控制主控單元，安全保護采用軟、硬件兩路安全回路實現(xiàn)雙重保護；監(jiān)控計算機由工業(yè)控制計算機配備通訊軟件構(gòu)成，可對提升機全行程各重要參數(shù)進行監(jiān)控。

主電控系統(tǒng)主要由電源電路、PLC保護回路、驅(qū)動電路及其必要的控制回路組成。電源電路主要是實現(xiàn)交流電源轉(zhuǎn)直流電源，并且配合變頻器設(shè)計相應(yīng)的電源電路，實現(xiàn)電源高效可靠工作；PLC保護回路主要實現(xiàn)對PLC的過流過壓保護；驅(qū)動電路主要實現(xiàn)經(jīng)PLC輸出回路驅(qū)動提升機相應(yīng)部件完成預(yù)期控制動作。晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)采用專用的全數(shù)控晶閘管直流調(diào)速裝置，可以根據(jù)實際的提升機容量及功率配置相應(yīng)的配電柜及晶閘管調(diào)速模塊，共同完成對電動機供電和調(diào)速的功能。

另一方面，配備與過程接口相關(guān)的各種電源、繼電器、接口模塊、操作臺集中顯示信號燈，采集、檢測、預(yù)處理并顯示提升機的各種運行指令、位置信號、速度信號、故障信號燈，并依據(jù)指令、安全信號的要求實現(xiàn)對提升機的工藝控制和安全保護。電氣傳動系統(tǒng)采用恒定磁場電樞可逆串聯(lián)12脈動的傳動方案，以西門子公司的6RA70全數(shù)字直流調(diào)速裝置為電樞和磁場的調(diào)節(jié)控制中心，通過反并聯(lián)的可控硅組件，實現(xiàn)對提升電機的拖動。

（二）電控系統(tǒng)的控制模式

基于PLC+計算機模式的提升機電控系統(tǒng)，其控制模式分析如下：

1．信號采集系統(tǒng)。信號采集系統(tǒng)主要是由下位機完成的，也就是PLC控制器，負(fù)責(zé)實時采集礦井提升機的各項工作參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)，采集參量按其性質(zhì)可分為模擬量采集和數(shù)字量采集，模擬量經(jīng)過PLC的模擬量入口進入到PLC內(nèi)部，數(shù)字量經(jīng)過PLC的開關(guān)量入口進入到PLC內(nèi)部，由PLC內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)對各個工作參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)的處理，并經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送至上位機計算機，由專用的組態(tài)程序?qū)崿F(xiàn)對相關(guān)參數(shù)的實時顯示。

2．上位機監(jiān)控系統(tǒng)。上位機監(jiān)控主要采用專用計算機實現(xiàn)，配備數(shù)據(jù)采集卡模塊，利用組態(tài)軟件設(shè)計專用的上位機顯示控制程序，一方面用以實時顯示遠程采集到的工作參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)，另一方面用以下達遠程控制指令，實現(xiàn)對提升機的遠程電控。

（三）提升機電控系統(tǒng)變頻調(diào)速技術(shù)的實現(xiàn)分析

當(dāng)PLC控制變頻器啟動后，變頻器的工作狀態(tài)參數(shù)，比如電壓、電流、功率、頻率參數(shù)都會實時被采集傳輸?shù)絇LC內(nèi)部，PLC根據(jù)預(yù)先編制好的程序，對電機轉(zhuǎn)速進行采集和對比，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速過高，則對頻率進行調(diào)整，降低頻率以實現(xiàn)降低電機轉(zhuǎn)速，從而降低了提升機的運行速度；若電機專屬過低，則變頻器自動提高運行頻率，實現(xiàn)無極調(diào)速，提高電機轉(zhuǎn)速以提高提升機運行速度，從而達到變頻無極平滑調(diào)速的

目的。

PLC在完成對變頻器工作參數(shù)和提升機工作參數(shù)采集監(jiān)測的同時，還控制著變頻器啟動和接收變頻器故障報警信號的功能，通過提升機內(nèi)的電流變送器自動過載或者電機堵轉(zhuǎn)等故障，使變頻器控制電機在故障后自動停機；另外，變頻器本身具有過壓、過流、斷相、過熱保護和故障顯示等功能。

三、結(jié)語

煤礦提升機對于整個煤礦的安全生產(chǎn)具有決定性影響，本論文重點對提升機電控系統(tǒng)進行了分析設(shè)計，給出了基于PLC和計算機模式的提升機電控系統(tǒng)設(shè)計方案，并對其電控系統(tǒng)設(shè)計方案的關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)問題進行了研究，給出了相應(yīng)的解決措施和建議，對于進一步提高我國煤礦提升機電控系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用水平和提高煤礦安全生產(chǎn)具有較好的指導(dǎo)意義。

參考文獻

[1]何鳳有，譚國?。V井直流提升機計算機控制技術(shù)[M]．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[2]鄧玉博．淺談礦井提升機電力拖動的發(fā)展現(xiàn)狀[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2008，（13）．

[3]王侃夫．PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的電氣設(shè)計[J]．上海電機學(xué)院學(xué)報，2005，8（3）.

[4]張西虎．一種閉環(huán)恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計[J]．機械與電子，2001，（2）.

（責(zé)任編輯：陳 倩）