基于PLC的矿井提升机电控系统设计_谢雪丹.pdf

Application 创新应用98 电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月摘要：阐述矿井提升机电控系统的设计特点，电控系统的硬件和软件设计，包括电路设计、变频调速设计、PLC控制系统设计、通信设计、动作准备控制程序、安全回路程序、自动统计程序。关键词：控制技术，PLC，电路设计，统计程序。中图分类号：TP273文章编号：1000-0755(2023)05-0098-02文献引用格式：谢雪丹，徐善智.基于PLC的矿井提升机电控系统设计J.电子技术,2023,52(05):98-99.负荷。电路设计时系统理应采用“双回路”供电模式，主要电路硬件设备包括变频柜、动力柜、电源柜。将高压电输送到提升机电源柜后，电源柜会将电流分配给动力柜、变频柜，经“霍尔传感器”后作用于提升机。PLC提升机电控系统设计中，可将电路设计为综合显示控制仪电路，电动机转子轴上可显示提升机运行速度，并且能够根据方向判断电路，推动OC门，满足PLC机的换向要求2。变频调速设计。变频调速装置是系统的重要组成部分，会直接影响矿井提升机电控系统运行中提升机的提升容量与速度。基于PLC技术，系统可应用“交直交”的变频调速方案，打造数字化的变频调速装置。交直交变频调速设计中，调速系统具有结构简单、效率高、高电压、高容量的优势。将其应用在提升机电控系统种，有助于确保提升机调速的精确性、灵活性。设计变频调速装置时，其控制方法为SVPWM矢量控制，拓扑结构为二极管钳位三电平，功率开关管为IGBT功率器件。PLC控制系统设计。矿井提升机电控系统中的PLC控制系统采用双套PLC，PLC系统设计内容主要包括“安全回路设计”“I/O 接口分配设计”“电气连锁设计”等。其中电气连锁需要结合矿井提升机的规格型号、煤矿安全规范进行设计。I/O接口分配设计中，接口的信息包含开关信号、模拟信号。开关信号的本质是电控系统运行中的数字信号，系统输入、输出数字信号数量可设计为132、0 引言矿井提升机电控系统是维持矿产资源开采的重要基础设施，其基本性能关系着矿产资源开采环境的可靠性，影响着井下人员的安全性。PLC技术在矿井提升机电控系统种的应用有助于优化系统通信设计，加强系统自动化控制能力，从而使提升机电控系统处于良好运行状态，为矿井资源高效开采创造良好条件。1 研究背景矿井提升机电控系统的设计。电控系统是矿井提升机的重要组成部分，系统的主要由变频调速系统、核心处理器组成。基于PLC的提升机电控系统的核心处理器多为S7-300，其他组件包括PLC控制箱、低压配电柜、制动电阻柜、变频电源柜、操作台触摸屏等1。其中，PLC控制箱共包括2套，分别具有自动控制提升机的提升、闭锁、调整提升速度值、接受指示信号灯，以及监控提升机控制系统的功能。变频电源柜则能够灵活地控制电控系统的运行速率，具有反馈系统能量的作用。制动电阻柜具有提升机减速、停止的功能，低压配电柜可用于矿井提升机的电路供电，操作台触摸屏是通过画面显示、仪表显示、指示灯显示调整提升机电控系统参数，定位电控系统运行中的设备位置、电压、电流等，更为可靠的评估提升机电控系统的运行状态。2 矿井提升机电控系统的硬件设计电路设计。矿井提升机的负荷较大，属于一类基于PLC的矿井提升机电控系统设计谢雪丹，徐善智（山西能源学院，山西 030600）Abstract This paper describes the design features of the electric control system of mine hoist,the hardware and software design of the electric control system,including circuit design,frequency conversion speed regulation design,PLC control system design,communication design,action preparation control program,safety loop program,and automatic statistical program.Index Terms control technology,PLC,circuit design,statistical program.Design of Electric Control System for Mine Hoist Based on PLCXIE Xuedan,XU Shanzhi(Shanxi Energy University,Shanxi 030600,China.)作者简介：谢雪丹，山西能源学院电气与控制工程系，硕士；研究方向：智能仪器技术。收稿日期：2022-07-29；修回日期：2023-05-11。Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 5 期（总第 558 期）2023 年 5 月 9925，备用数字信号量为31、16。模拟信号输入、输出数量可设计为25、10，备用数量为5、3。设计安全回路时，应分别对电控系统的PLC软件程序、继电器开关装置组成的硬件设备进行安全回设计。通信设计。提升机电控系统设计中，系统通信系统由西门子S7-300 PLC主、从控制柜组成。主控柜PLC模块可细分为CPU 模块、电源模块、DI/DO模块、AI/AO模块，主控柜PLC、提升机操作台PLC会借助MPI网络进行数据通信。优化设计PLC提升机电控系统时，设计人员可在主控柜中分别增加一个光电转换模块、西门子CP343-1通信模块、工业以太网交换机，然后在操作台增设温度传感器、智能闸间隙监测传感器、西门子CP343-1通信模块，如图1。基于系统通信设计，提升机电控系统中的PLC模块能够对提升机油压制动系统、电动机传动系统、提升容器进行控制与保护，同时接收闸瓦磨损、闸盘温度传感器的通信信号，实时检测闸瓦间隙和闸盘温度。获取温度信息后将其输送到矿井远程监控站上，发现异常数据后可自动进行“闸瓦间隙超限预报警”“闸瓦磨损故障报警”“弹簧疲劳预报警”“弹簧故障报警”“闸盘温度报警”3。3 矿井提升机电控系统的软件设计基于PLC技术，矿井提升机电控系统所需的软件程序可借助STEP7、WinCC进行设计。编程设计方法是通过结构化的程序设计，编写提升机电控系统所需的软件程序、子程序。目前，PLC提升机电控系统内部程序主要包括“启动辅机”、提升机的动作准备、安全回路等内容。矿井提升机电控系统应用软件程序的基本流程，如图2所示。（1）辅机启动程序。编写辅机启动程序时，应理清电机、提升系统中动力系统和油泵等辅机的作用关系，提前用自动化程序启动这些辅机。辅机启动程序主要控制对象包括润滑油泵、液压油泵、动力制动装置等。（2）提升机的动作准备控制程序。该程序可评估提升机的整体状态，分析提升机是否具备启动条件，检测无误后该程序会启动矿井提升机。通常情况下，提升机的启动条件是辅机处于启动状态、零位连连锁手柄、连锁手柄是否得到控制等。（3）安全回路程序。安全回路程序是针对提升机电控系统硬件进行安全回路控制，具有排查设备故障、安全风险、自动倒闸停车操作、闭锁报警等作用。该程序同样能够储存、记录提升机运行期间的故障种类，故障排除则会解除程序对系统的安全制动。（4）自动统计程序。在提升机主控柜S7-300 PLC中编写自动统计程序，可以将提升机的运行情况显示在上位机组态王软件，自动统计矿井内每班、每日、每月、每年的矿产资源产量、矿石种类，为相关人员统计生产数据提供便利。（5）软件设计案例。(400kW，6kV）的梨树7号斜井中，JK-2.5单绳提升机一体化操作台控制系统在软件设计中应用 GX-Works2、STEP7、WinCC编程软件。程序编写中用 GX-Works2的梯形图实现对提升机的控制和保护。在WinCC软件的作用下，设计人员在电控系统中设置了监控程序，该程序可将矿井下提升机的运行画面经显示器显现，自动生成将提升机运行状态曲线的方式。让矿井提升机电控系统的管理人员能够凭借程序中的信息数据，掌握提升机主编码器深度、提升机速度、设备液压压力，闸给定值、速度给定值、电动机电流等关键数据。该系统自投入使用后，整体运行稳定可靠、安全性能突出，基本实现了无故障运转。4 结语PLC技术是实现矿井提升机电控系统自动化控制的关键技术，对促进提升机电控系统高精度、网络化控制意义重大。相关企业在设计PLC矿井提升机电控系统时，还需结合PLC技术的基本优势，优化系统软硬件设计，开发通信流畅、控制灵活的电控系统，满足不同工况种提升机的运行管理要求，确保矿井下的矿产资源能够安全运输，为我国矿产事业的开发建设提供助力。参考文献1 郭月英.采用PLC控制方式的矿井提升机电控系统J.科技情报开发与经济,2005(16):240-241.图1 矿井提升机电控系统的通信设计图2 矿井提升机电控系统应用软件程序的流程图