楊曉晨

摘要：為了增加礦井使用絞車的自動(dòng)化水平，減少事故發(fā)生，在基于PLC基礎(chǔ)上，對(duì)絞車控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)運(yùn)行速度、里程精準(zhǔn)控制，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：PLC;絞車;控制系統(tǒng)

絞車是礦井井下生產(chǎn)的重要設(shè)備，絞車的正常運(yùn)行對(duì)保證礦井高效生產(chǎn)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(jìn)行配合使用，構(gòu)建新的運(yùn)輸提升設(shè)備，其中最為重要的是，液壓控制系統(tǒng)，對(duì)保證整個(gè)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)節(jié)及保護(hù)起著重要作用[l-4]。文中針對(duì)目前液壓絞車控制中常見的問題，設(shè)計(jì)了一種新型液壓控制系統(tǒng)，利用PLC控制器來實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車進(jìn)行控制，從而提升絞車的工作效率，提升絞車運(yùn)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(diào)速方式為容積調(diào)速，通過采用改變液壓絞車變量泵的角度來實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車運(yùn)行速度的控制，井下應(yīng)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(dāng)控制系統(tǒng)中的變量泵伺服閥處于中位時(shí)，絞車的運(yùn)行速度保持不變，需要對(duì)絞車的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，控制手柄，主泵將液壓油泵送到油缸內(nèi)，推動(dòng)液壓活塞上升，提升斜盤的角度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車速度的控制。絞車減速過程與調(diào)速過程相反。對(duì)絞車運(yùn)轉(zhuǎn)速度的控制需要采用手動(dòng)方式進(jìn)行，這也是整個(gè)速度控制的安全隱患，當(dāng)井下工作人員操控經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)容易引起礦井事故發(fā)生。

1.2超速保護(hù)

采用液壓絞車對(duì)材料進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，隨著動(dòng)力馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的逐步加大，其最終的運(yùn)轉(zhuǎn)速度會(huì)超過主油泵最大的供給速度，這種情況下，動(dòng)力馬達(dá)會(huì)改變主油泵的主從控制方式，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)主油泵進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變成為發(fā)電反饋模式，產(chǎn)生系統(tǒng)控制力矩，會(huì)逐漸的產(chǎn)生超速現(xiàn)象。若不對(duì)超速控制狀態(tài)下的控制方式進(jìn)行必要的防護(hù)，很容易就會(huì)出現(xiàn)超速現(xiàn)象，不對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，極容易發(fā)生安全事故，目前采用的保護(hù)裝置主要是通過離心力斷開連接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)液壓絞車的緊急制動(dòng)。

2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)當(dāng)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(duì)液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提升控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平以及控制精度，改進(jìn)設(shè)計(jì)的液壓控制系統(tǒng)結(jié)

2.1系統(tǒng)控制原理

設(shè)計(jì)的液壓控制系統(tǒng)通過對(duì)電液比例控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行速度控制，液壓油通過油泵送到減壓閥后再進(jìn)入到方向控制閥，最后進(jìn)入到控制系統(tǒng)中的傳動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)中的方向閥處于工作時(shí)，液壓油進(jìn)入到油缸的上腔部分，推動(dòng)運(yùn)動(dòng)活塞向下轉(zhuǎn)移，變量泵的角度逐漸減小，絞車的運(yùn)轉(zhuǎn)速度降低。當(dāng)系統(tǒng)中的方向閥不工作時(shí)，液壓油進(jìn)入到油缸的下腔部，推動(dòng)運(yùn)動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，變量泵的角度增加，絞車的運(yùn)行速度不斷增加。在控制系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置中安設(shè)的傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車運(yùn)動(dòng)信號(hào)的識(shí)別，并將運(yùn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)?？刂葡到y(tǒng)中測量信號(hào)與計(jì)算信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，若兩者相等時(shí)，方向閥的電流值為0，活塞保持不動(dòng)作，絞車保持勻速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)絞車需要減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)計(jì)的液壓控制系統(tǒng)利用PLC控制器根據(jù)行程信號(hào)來控制換向閥以及溢流閥的工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車運(yùn)轉(zhuǎn)速度的自動(dòng)化控制。同時(shí)根據(jù)絞車運(yùn)轉(zhuǎn)速度不同，方向閥也會(huì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車運(yùn)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(fù)雜，系統(tǒng)采用磁阻式傳感器來實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車運(yùn)轉(zhuǎn)速度的控制，將傳感器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)主軸進(jìn)行連接，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，從而確保信號(hào)在傳遞過程中部會(huì)受到干擾，防止信號(hào)丟失。并對(duì)轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)進(jìn)行放大，將最終輸出的電路電壓信號(hào)與原始的信號(hào)頻率值相同。

經(jīng)過對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大處理之后，得到與頻率轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號(hào)，電路中的電壓信號(hào)經(jīng)過f/V轉(zhuǎn)變之后形成的直流電壓信號(hào)，跟采用PLC上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器來轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行存儲(chǔ)，為系統(tǒng)后續(xù)的PID控制做準(zhǔn)備。

2.3 PID控制

絞車的理想的運(yùn)行速度狀態(tài)是梯形，將檢測到的電壓信號(hào)經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換之后以反饋量進(jìn)行比對(duì)，經(jīng)過PID控制器之后，再采用模數(shù)轉(zhuǎn)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(duì)PID控制起到?jīng)Q定性作用的4個(gè)參數(shù)分別為Ts、Kc、T1以及Tn，不同的參數(shù)下系統(tǒng)的運(yùn)行直接結(jié)果呈現(xiàn)出較大的差異。在對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，首先需要對(duì)PID參數(shù)跟系統(tǒng)運(yùn)行關(guān)系進(jìn)行了解，在三種不同的控制作用中，不同的作用參數(shù)在作用時(shí)間上是一致的，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠?qū)Ξa(chǎn)生的誤差自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，防止產(chǎn)生較大的偏差。Kc值越大，系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力越大，系統(tǒng)的控制精度越高;應(yīng)將Kc值控制在一定的范圍之內(nèi)，較大的Kc值會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，容易導(dǎo)致故障發(fā)生;TI值增大會(huì)對(duì)積分結(jié)果造成影響，提升系統(tǒng)控制精度，同時(shí)TI值過高會(huì)造成系統(tǒng)靈敏度以及反映速度;TD增大會(huì)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)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(shí)間段的控制效果，會(huì)給系統(tǒng)的運(yùn)輸負(fù)擔(dān)較大。為了對(duì)控制效果進(jìn)行最終的優(yōu)化，可以依據(jù)液壓控制系統(tǒng)的工作環(huán)境以及絞車的具體需要對(duì)系統(tǒng)參數(shù)不斷進(jìn)行調(diào)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(duì)絞車運(yùn)行速度進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)測到運(yùn)行速度超標(biāo)時(shí)，PLC可以實(shí)現(xiàn)對(duì)主油泵進(jìn)行控制，停止絞車的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)絞車出現(xiàn)過卷時(shí)，將經(jīng)過處理之后的速度傳感器信號(hào)傳輸?shù)絇LC中，對(duì)鋼絲繩的行程進(jìn)行測量計(jì)算，當(dāng)計(jì)算出的鋼絲繩的具體行程，超過設(shè)定值時(shí)，就會(huì)認(rèn)為絞車出現(xiàn)過卷。同時(shí)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可以較為直觀的顯示絞車的運(yùn)行狀態(tài)，減少人工操作帶來系統(tǒng)故障的可能。

3總結(jié)

在基于PLC基礎(chǔ)上對(duì)絞車液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有較高的控制精度，運(yùn)行較為穩(wěn)定，絞車的運(yùn)行參數(shù)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(duì)絞車進(jìn)行控制，具有較好的實(shí)用效果。

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