PLC矿井提升机控制（共8篇）
PLC矿井提升机控制 篇1
0 引言
作为矿山生产中极为关键的重要大型设备,矿井提升机在矿井生产作业过程中以及对矿井安全的作用都是至关重要的。因其较高的生产工艺要求,各个国家的电气传动界一直把研究的焦点放在提升机的电气传动及电气控制装置领域上,目前在改造提升机的电控系统时应用较多的一种优选方案是将传统的“继电器-接触器”控制系统与PLC技术结合起来。以西门子S7系列PLC为例,介绍矿井提升机控制系统中的设计。
1 系统构成
按照平煤矿井对提升机的功能要求和设计标准,矿井提升机的电控系统主要由信号、行程控制、监控、晶闸管直流调速4个部分组成:
(1)信号系统。包括西门子S7-300系列组部件、数码管、电动按钮等,主要负责信号的输入、信号的输出、对系统的保护等。具体作业时,系统将机器去向信息、启动指令、类别提升等信号依次输入PLC信号接收端,通过PLC的内部程序实现信号闭锁并进行信息处理,然后将各种指令信息、保护信号经由PLC信号输出端输出,控制提升机实现加速、减速、超速等行为。
(2)行程控制系统。由西门子S7-300系列、输入模块、输出模块等部分组成,主要负责各类信号信息的采集与处理,包括去向信号、脉冲信号、同步信号、罐位信号等,以及各种状态信号和安全保护信号。作业过程中,系统根据机器在行程过程中发出的速度信号分析判断具体方位,按照实际需要输出启动、减速、停止等不同的控制信号,并及时处理各种故障。
(3)监控系统。主要配备AC422数据通信卡、数字量采集模板及输入输出模块、模拟量采集模板及输入模块、交流参数稳压器、打印机、UPS电源等组件。
(4)晶闸管直流调速系统。采用西门子的SIMOREG-K 6RA247装置,包括配电柜、6RA24柜、SITOR柜各1台,后两种柜的型号均为1200A/420V,该系统主要负责对电动机进行供电和调速。
2 控制系统结构
控制系统主要包括主控柜、电动机、操作台、PLC、加速接触器柜、高压换向柜、制动电源柜等,各组件之间的关系见图1。矿井提升机基于PLC的电控系统包括63个输入信号和52个输出信号。输入信号来源主要包括各类外部控制开关、传感器等装置,将这些装置与PLC的输入端相连接,PLC就能够调用装置所发出的工作状态信号,利用内部程序通过逻辑推导、时序排列、微分计算、对比、计数等手段完成对信号的处理。然后PLC将处理后的信号分别输出给相应的外部装置,当控制继电器、高压换向器、加速接触器、制动电源柜、信号回路等外部组件接收到信号后,就会按照指令带动提升机完成相应的工作流程。
3 系统控制过程
提升机的控制过程可根据工艺要求分为两个步骤:
(1)当系统通电启动后,PLC会先对输入信号的状态和保护环节的功效进行检查,当检查结果显示一切正常后解除安全制动,如任何部位任何环节有异常显示,则不允许启动。
(2)当接收到井下发出的信号时,PLC将在给定信号和实际信号之间进行检测、比较和运算,然后发出控制信号,提升机就会根据信号指令作业。当要求起动加速时,切除对转子电阻的控制;要求等速运行时,不切换任何控制系统;要求减速慢行时,启动低频制动电源以控制速度;要求低速爬行时,进行自然过渡;要求停车卸载时,停止运转。
4 PLC控制设计
PLC在控制系统中的主要控制功能:
(1)主令操作控制。通过信号指令在提升机与操作台之间的切换传递,PLC将相关信号输送到提升系统,通过指令控制提升机的安全运行。提升机的运行主要包括启动加速、等速运行、减速慢行、爬行、停车卸载等方式。
(2)保护监视功能。PLC对提升机的运行作业提供保护监视,主要监控车行程、实时速度、井筒过卷、超速行进、载重过量等行为,以及变频器故障、深度指示器等组件状态,一旦出现故障,将通过安全回路进行抱闸停车保护,并通过报警回路报警。
PLC外部接线见图2。控制功能:
(1)起动,停车。当需要开机运行时,按下起动按钮SB1,其输出继电器KM1便吸合,置于电源与变频器之间的常开触点闭合,将三相380VAC动力电接入变频调速回路中。当减速停车,并实现机械抱闸制动后,可以将变频器与动力电源脱开,按下停止按钮SB2,使继电器KM1失电,其常开触点断开,变频器便与动力电源脱开。
(2)上提升,下放。在控制回路中利用正转继电器K1的常闭触头控制反转继电器K2的线圈,利用反转继电器K2的常闭触头控制正转继电器K1的线圈,从而达到互锁作用。其动作过程:当要下放矿车或送工人到井下时,按下下降按钮,继电器K2吸合,其常开触点闭合,常闭触点开,此时变频器REV与CM端相连,电机反转下放重物,同时断开继电器K1回路,形成下降闭锁;当按下上升按钮时,K2吸合,断开K1回路,形成上升闭锁,此时FWD与CM相连,电机正转上提煤车;当按下停止按钮时,所有继电器常闭触头闭合,为下一次提升做准备。
5 实际应用
在矿井提升机电控系统中引进PLC技术之后,不仅控制功能有所加强,判断和处理故障的能力有所提升,而且系统的可靠性和安全性也有了很大提高,维护量是一般控制系统的50%,耗电量是一般控制系统的80%,有着良好的节能功效。
从应用情况来看,基于PCL的矿井提升及控制系统也还存在着若干需要继续解决和完善的问题,例如在现有的PLC技术水平上,如果能够进一步扩充控制系统的网络通信功能和先进控制技术,或者对系统实施智能控制等策略,矿井提升电控系统的现代化水平将会进一步提升。
参考文献
[1]韩琦.HLT500高低温试验箱PLC控制系统[J].低温与超导,2008,(06)
[2]姜久超.现代电气控制系统的特点和应用[J].河北工业科技,2000,(03)
[3]孙新民,董德明.可编程序控制器在矿井提升机电控系统的应用[J].科技信息(科学教研),2008,(24)
[4]康日霞.新型矿井提升机电控系统变频改造的研究与应用[J].科技情报开发与经济,2007,(16)
PLC矿井提升机控制 篇2
【关键词】PLC集中控制系统；水处理；应用
随着全球能源供应紧张和自动化程度要求的不断增加，我国的水处理站必然向高度自动化和无人职守的方向发展。通过PLC集中控制系统色连矿井矿井水及污水处理站各工艺流程的设备实现自动化检测与控制、保护，实现对设备的远程监控操作。所有设备工况、电气参数实现实时采集，并实现信息处理自动化、事件提示及故障报警智能化、查询网络化，具备先进性、可靠性、实用性、经济性。
1.水处理系统概述
色连矿井矿井水及污水处理站监控系统采用计算机控制技术，核心部分采用西门子S7-300PLC，由PLC对矿井水处理系统、污水处理系统的所有设备的各项工艺参数进行采集、处理，并通过设于集控室的上位机进行远程控制、工作状况监视和动态画面显示。监控系统配置与上级管理系统的通讯接口。当调试、现场检修或集控系统出现故障时，设备可由就地按钮箱或现场配电柜上按钮进行操作。监控系统采用设备分散控制，故障分散处理，全站集中监控，提高了系统安全可靠性，为水处理站安全高效的生产建设提供有力的保证。
2.监控系统功能
（1）采集、显示污水处理、矿井水处理各设备运行的工艺参数、电气参数、电气设备运行的状况。
（2）实现各设备与工艺参数之间以及设备相互之间工艺要求的闭锁。
（3）在现场控制站显示污水处理、矿井水处理动态流程图、工艺参数表、电气参数、设备运行状态（工作、停止、故障）以及报警参数表等。
（4）自动建立数据库，对于重要的工艺参数、电气参数自动生成趋势曲线。
（5）打印运行报表（班、日、月、年）和报警、故障实时报表。
（6）报警：具备实时报警和历史报警，实时报警可实时显示每个测点参数（如超限）及系统工况（如设备状态、系統通讯故障等情况），同时发出声、光或语音报警信号。历史报警允许用户随时查询、打印所有报警记录。
（7）显示：具有良好的人机界面，实时动态显示系统工艺流程画面、设备工况、工艺及电气参数等，实现各参数及设备开停工况的历史趋势显示，并进行相应的数据处理、记录、显示等。
（8）系统具备先进的综合诊断功能，能快速正确地识别模块配置错误、模拟量超程、线路断线等故障，并在上位机上自动报告故障。
（9）通讯：系统与矿井综合自动化系统联网，实现在矿井调度指挥中心全方位监视。
3.监控系统的软、硬件构成
监控管理系统由监控管理计算机及相关辅助仪表、设备等组成。PLC控制系统的输入/输出回路及电源系统具有可靠的抗干扰隔离措施，系统的抗干扰指标符合GB/T13926第二严酷等级以上要求，能确保系统安全可靠。
3.1硬件
监控系统由一台2kVA的山特UPS不间断电源供电，采用一台P4级研华工控机做主机、监视器选用22寸宽屏液晶显示器。监控系统配置与上级管理系统的通讯接口。
3.2软件平台
系统选用西门子WINCCv6.2版工控组态软件进行上位监控软件的组态开发，概念简单，操作显示画面简洁直观，带有标准的Windows风格的图形界面和动画效果便于管理人员的操作。
下位PLC控制软件采用西门子STEP7v5.3，编制采用模块化结构，能确保数据采集的实时性、可靠性和真实性，对瞬动信号采取有效的处理措施确保动作可靠。
3.3显示
实时监控画面分为矿井水处理系统流程图、污水处理系统流程图2个主画面，以实物模拟形式和动态方式，实时跟踪监视水处理站内工艺过程的设备运行状况，并对设备的各种状态通过变换颜色的方式加以区分，辅以数值形式直观显示各工艺参量；当系统出现故障或参量越限时，自动弹出画面提示信息或以故障点处色彩变化引起管理操作人员的注意。
模拟屏用于动态显示矿井水处理各在线监测数据和各动力设备的运行工况。
4.监测仪表
矿井水及污水处理系统的监测仪表包含：
（1）荧光法溶氧仪：选用天健创新LDO10AC型。
（2）浊度仪：选用天健创新TSS10AC型。
（3）超声波液位计：选用德菲ULI600型。
（4）超声波流量计：选用深圳建恒DCT1158型。
（5）PH计：选用国内专业生产分析仪表的苏州立天机电TITOP20-MP型。
（6）余氯仪：选用国内专业生产分析仪表的苏州立天机电TITOCL10-M型。
（7）压力变送器：选用美国麦克MPM型。
5.矿井水处理及污水处理监控系统的操作
5.1矿井水处理系统监控的范围包括
生产泵房、煤泥泵房内的水泵设备状态的监测和控制；初沉调节池吸泥机、水力循环澄清池电动排泥阀的状态监测和控制；初沉调节池进水管、泥浆搅拌站供水泵出水管、选煤厂供水泵出水管各安装一台电磁流量计，检测各进出水管的流量；初沉调节池、生产水池、煤泥浓缩池、排水池各安装一套超声波液位计，检测各水池的液位；在生产泵房的吸水管、初沉调节池的进水管各安装一套在线浊度仪，检测进水浊度。
污水处理系统监控的范围包括：污水处理综合池至污水调节池水管安装一台电磁流量计，检测水管的流量；污水调节池安装一套超声波液位计，检测水池的液位。
5.2水处理的流程及监测
矿井水处理及生活污水处理系统按预先编制的控制程序，对各控制系统和各设备进行控制和操作指导。
在操作站显示矿井水处理及生活污水处理系统动态流程图、各控制系统的控制流程图、供电系统图、工艺参数表、电气参数、设备运行状态以及报警参数表等。用户可以点击图上的水处理设施，以获取详尽的资料和信息。
系统自动建立数据库，对于重要的工艺参数如：各水池水位、矿井水进、出水浊度、流量以及污水处理综合池的溶解氧和污水出水的流量等自动生成趋势曲线。打印运行报表（班、日、月、年）和报警、故障实时报表。
当变送器发生断线故障时，控制系统便会自动识别和判断，发出报警音响信号，并在监视器显示变送器断线故障的名称。
6.结语
PLC矿井提升机控制 篇3
矿井提升机是一种专用大型绞车,采用钢丝绳带动容器在井筒中升降,完成输送物料和人员的任务。传统的提升机TKD控制系统采用转子串接电阻进行调速,这种方式耗电量大、故障点多、稳定性差,不能保证煤矿生产的安全。因此,需要开发可靠性、安全性很高的控制系统,使提升机可以安全稳定地运行。本文采用PLC控制结合变频器调速的技术,对传统的提升机控制系统进行升级换代,克服了传动电控系统的缺陷。
1 矿井提升机控制系统的设计
1.1 硬件设计
基于PLC的矿井提升机控制系统主要由打点信号系统、监测系统、变频器控制系统、操作台、安全保护系统组成。系统组成框图如图1所示。
提升机打点信号系统是煤矿井底与井上信息交流的桥梁,主要由井口信号台、井底信号台、绞车房信号台三大部分组成。井口和井底的信号台主要负责各种提升信号的汉字显示及语音提示、各种信号的按钮检测;绞车房信号台主要完成井口、井底提升信号的数字和汉字显示及语音提示,以及前一次或前几次信号的存储记忆和显示。该系统能实时反映提升机的各种状态,且井口、井底的输出信号一致并经确认后,方可发送信号到绞车房信号台。两信号台输出信号不一致或误操作,信号就会解除,不能发送,需要重新进行信号联络。
监测系统是操作人员和控制系统及运输系统之间的桥梁,它由触摸屏、深度指示器、井筒信号、工业以太网等组成,可以显示电动机的各种工作参数、工作状态、故障参数和故障状态,并对矿车的位置及速度进行实时监控。安装在提升机上的两个轴编码器是相互监测的,它们输出的数字脉冲与主电动机的转速成正比,一个用于提升机速度和行程的显示,另一个用于速度保护。如果它们中有一个失效,将切换到另一个继续运行。
为了能适应对负载的控制要求,该系统采用直接力矩控制变频器。控制系统实时监测电机轴上的负载力矩,根据负载力矩的大小控制变频器的输出电流,使输出力矩满足负载力矩的要求,转矩控制精度为±4%。由于转矩控制是一种磁场与转矩互不干涉、按指令进行控制的方式,因此,可以实现低速时的平滑运行和高转矩高精度的速度、转矩控制。
本文采用转矩控制变频器的优点在于:(1)变频器会自动识别电机参数,确定电机模型及电机的所有关键参数;(2)控制系统在零伺服控制有效时,可以使电动机在转速为零的状态下也能产生200%以上的转矩。由于电动机发出的噪声过大,所以输出回路采用IGBT功率模块和高载波频率正弦波SPWM控制方式来降低噪声污染。
操作台是整个矿井提升机运输系统的控制核心,它设有两个手柄,分别用于速度辅助给定及制动力给定,通过它可以设定系统的工作方式和控制方式。系统有手动和半自动两种运行方式,在半自动状态下,提升机的启动由主令手动给定速度,等运行到变坡点后通过司机按半自动运行按钮实现半自动运行,半自动运行时等速、减速及停车按预先设定的速度图运行;在手动状态下,提升机在操作司机的控制下运行。
1.2 安全保护系统设计
提升机的保护主要由安全回路来实现,本系统设计了双线制安全回路,即PLC安全回路与继电器安全回路,如图2所示。由图2可以看出提升机的保护分两种,一种是发生故障时立即实现一级或二级安全制动;另一种是在发生故障时可以完成本次提升循环而不能进行下个提升循环的二次不能开车保护。
2 系统软件设计
系统软件主要由PLC控制软件和上位组态软件组成。上位机的应用程序采用SIEMENS公司的数据采集和监控系统软件WinCC开发完成,主要是对系统的运行状态、故障状态进行实时监控,对运行数据、故障数据进行存储和记忆。PLC控制软件采用SIEMENS公司提供的STEP7标准软件包SIMATIC S7设计完成。本系统以PLC控制软件为主。
PLC的软件设计采用模块化结构,将控制任务和过程分解为许多子过程和子任务,再对其子过程和子任务进行模块设计,形成一个模块化的程序,程序编制采用梯形图。在本系统中PLC的主要功能是对提升机的启动、加速、减速、停车的控制和对提升机的数据信号进行采集与处理。提升机控制系统流程图如图3所示。
3 结束语
本系统采用PLC与变频器控制相结合的方式,使矿井提升机控制系统更加完整化、简单化、方便化,极大地改善了矿井提升机的运行状况,保障了矿山的安全生产。
参考文献
[1]徐俊元,贺永南,付江平,等.基于PLC的煤矿提升机变频控制系统的设计与应用[J].陕西煤炭,2009(6):75-77.
[2]王永华.现代电器控制及PLC应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.
[3]周建荣,平静.ABB矿井提升机控制系统及应用[J].工程设计CAD及自动化,1995(1):40-41.
[4]赵禧林,赵廷钊,赵小平.直流提升机电控系统改造[J].金属矿山,1999(11):47-48.
PLC矿井提升机控制 篇4
1 矿井提升机电气控制系统的与PLC的概述
目前, 对于我国的矿井提升机电气控制系统来说, 大部分采用的仍然是属于继电器-接触器式的电气控制系统, 在得到多年的应用之后, 已经具有了自己独特的控制特点, 但是在实际的矿井生产工作过程中, 这种原始的电气控制系统存在的缺陷和问题也渐渐的显现出来。比如系统容易发生故障、提升机电气控制系统在矿井生产工作中的稳定性不够, 容易受到外界和其他因素的影响, 并且在实际的工作过程中, 提升机电气控制系统在完成开、停机、加减速等各程序的时候所需的操作比较繁杂, 对矿井的生产产生了一定的安全隐患。
随着科学技术的不断发展, PLC技术也应运而生, 其为继电逻辑控制技术和计算机技术有效结合的新技术, 能够经由数字化输入输出形式对机械和生产等进行监控, 因此在工业中得到普遍的应用。从总的来说, PLC技术的特点主要包括了较高的可靠性和安全性、应用方便、编程简单等, 并且还拥有自我诊断和监控的功能, 因此非常适合对矿井提升机电气控制系统进行改造。
2矿井提升机电气控制系统的组成
从总的来说, 矿井提升机按照电流的驱动可以分为交流驱动和直流驱动两种类型, 而按照操作模式电气控制系统又分为自动和手动两种类型。具体来说, 矿井提升机电气控制系统主要是有自动化、装卸载、传动控制和系统网络化四个模块组成。
自动化系统主要包括了软件单元、PLC冗余控制系统、全自动化调节单元等;装卸载系统是应用PLC将监控站和装卸载站进行提升, 使设备充分的实现自动化和网络化;传动控制系统主要是经由微处理器对故障进行诊断、报警和显现;系统网络化是借用windows系统对提升机电气控制系统的工作情况和数据等进行系统式的实时网络监控。
3 应用PLC对矿井提升机电气控制系统的改造
3.1 增加了可供选择的电气控制系统工作模式
在对矿井提升机电气控制系统进行改造之后, 可系统增加了可供选择性的工作模式, 主要包括了手动式、半自动式和全自动式三种工作模式, 而在这当中, 提矿步骤又经过细分之后在以上三种工作模式中又增加了故障开车式的第四种工作模式。由于改造后的系统增加了可供选择式的工作模式, 因此可以让操作人员能够根据实际需要进行自由切换, 显得更加的方便和灵活。
3.2 增加了对电气控制系统的系统保护
采用PLC对矿井提升机电气控制系统改造时, 在提升机原有的控制系统的保护功能基础之上, 还增加了一系列的对系统保护的环节, 主要包括了PLC的输出继电器联锁、减速过速、定点过速、调绳联锁等。应用PLC安全回路能够使系统冗余得到进一步的保护, 当系统发生故障的时候, 应用PLC控制系统能够实现应急式的低速工作, 与此同时监控系统还能够根据运行情况对设备的参数以及工作情况等进行记忆和显示, 并且在停电的时候还能够对提升机进行二级制动式的保护。
3.3 增加了电气控制系统的自动化水平
应用PLC对矿井提升机电气控制系统改造之后, 增加了矿井提升机电气控制系统的自动化水平, 将原有的动力制动柜改换为低频全数字式的制动电源柜, 在具有多重保护的作用之下, 也降低了设备维修的数量。与此同时, 由于更换的电源柜是属于低频制动式, 因此也使得设备所受到的冲击得到大大的降低, 从而让提升机在工作的时候得到更加的稳定, 再加上PLC能够按照事先设定好的参数在提升机的工作过程中能够进行自动控制, 一直到工作完成, 并且提升机工作过程中产生的速度也体现出了较高的精度数。
3.4 使电气控制系统设备的更具可靠性
电气控制系统设备在应用PLC进行改造之后, 将矿井提升机原有的具备繁杂操作的高压接触器更换为真空高压接触器, 能够对转子回路电阻实现无触点式的控制, 从而使电气控制系统设备更具可靠性, 并且使系统工作时产生的噪音得到有效的降低。
3.5 使电气控制系统设备的更具安全性
当电气控制系统得到改造之后, 将原来的系统结构改为具有网络化控制性的结构, 因此能够使原先需要的大量继电器、磁放大器、接触器和其他构件得到减少, 大大的简化了设备之间所需的连接线。由于改造后的结构是在原来系统的功能保护前提下增加了更多的保护程序, 从而使设备发生故障的次数得到大大的降低, 增加了对电气控制系统的系统保护, 使系统更具安全性。
4 总结
综上所述, 应用PLC对矿井提升机电气控制系统进行改造之后, 除了能够明显的提高生产效率和经济效益之外, 最重要的还能够使设备发生故障的频率得到大幅度的降低, 并且还减少了系统设备的维修数量, 使电气控制系统的安全性和可靠性得到进一步的保障, 节省了大量的成本投入。
摘要：随着社会经济的不断发展, 矿井作业的生产的安全越来越受到更多人的关注, 因此对于矿井提升机的要求也就越高。在不断发展的科学技术基础上, 对矿井提升机原有的电气控制系统进行改造是适应时代所需, 而应用PLC对矿井提升机电气控制系统进行改造也使提升机电气控制系统的自动化得到更进一步的提高。
关键词：PLC电气控制,矿井提升机,电气控制,系统改造
参考文献
[1]张旭, 朱顺.基于PLC技术在矿井提升机电控系统应用分析[J].民营科技, 2014 (02) .
[2]江天亮.基于PLC冗余控制的提升机电控系统改造方案[J].煤矿机械, 2014 (08) .
[3]张成刚.关于矿井提升机电气控制系统的探讨[J].科技创新与应用, 2014 (04) .
PLC矿井提升机控制 篇5
在煤矿生产作业活动开展过程中,对于矿井提升机控制系统的依赖程度非常高,客观地体现了这种系统在实际应用中所占据的重要地位。传统提升机设备控制系统主要由测速发电机、继电器逻辑电路等组成,这种系统在一定时间内对提高煤矿企业生产效率起到一定作用,但是它的缺陷也很明显:控制精度低、抗干扰性差、系统安全性能不高等。在此形势影响下,可以选用可编程序控制来增强矿井提升机控制系统的安全可靠性,降低系统运行中的故障发生率,增加煤矿企业的生产效率[1]。
1 PLC的相关功能
作为一种可靠的电子系统,可编程控制器(PLC)在实际应用中最大的特点是充分发挥了信息化技术的优势,运用数字化的方式为工业企业生产效率的提高带来了可靠保障。这种程序在具体运行中,具有性能可靠的存储器,可以快速完成各种各样复杂的逻辑计算,并对相关运算过程先后顺序的调整进行有效控制,完善系统的服务功能。在机械生产过程中,很多企业往往需要完成大量生产目标,传统的工艺无法达到实际生产要求。此时,可以通过PLC的相关优势解决各种客观存在的问题,可以对系统进行数字或模拟信息的输入输出,实现现代化工业生产企业的战略目标。这种控制器的主要特点体现在:不同环境的适应性强、操作简单、抵抗各种干扰因素的综合能力强、系统可靠性高、程序的编写流程简单等。基于可编程控制器的这些优势,PLC控制技术在实际的应用中将会体现出更大的实用价值[2]。
PLC的控制功能在实际应用中发挥着重要作用,这些功能主要体现在:a)开关量的控制功能。在执行逻辑计算指令的过程中,可以通过不同的指令对继电器的工作状态进行有效控制,主要针对的是这种设备触点的开关状态。同时,PLC时限好、定时准确,可以取代传统的继电器,优化逻辑组合方式;b)通信功能。PLC的指令丰富,可以与计算机或其它操作设备进行有效连接,通信效果显著;c)中断处理、实时诊断控制功能。作为可靠的可编程控制器,PLC中的诊断指令可以在较短时间获取状态变化信息,对系统故障进行实时检测、诊断,并进行现场保护;d)模拟量控制功能。运用PLC可以进行位操作、数值转换等。在可靠的A/D和D/A转换模块作用下,可以对生产活动中的模拟量进行有效测量和控制;e)可扩展功能。PLC的可扩展性好,可以通过系统的接口快速导入重要的信息。
2 矿井提升机设备控制系统
现代化煤矿生产活动开展过程中,为了增加产煤量、提高生产作业区的工作效率,可以将可靠的提升机设备控制系统置于矿井内,实现企业生产阶段的各种目标。这种提升机设备系统是由不同部分组成的,实际运行中不同的系统组成部分发挥着至关重要的保障作用。系统组成部分主要包括:信号系统、实时监控的上位机监控系统、安全保护系统、主控系统等。其中,提升机设备控制系统运行中的主控系统包含了功能齐全的可编程控制器,能够对提升机的精确定位进行有效控制,保证设备在提升阶段的稳定运行。对于上位机监控系统,主要依赖的是可靠的计算机网络技术,其具有实时监控的效果,可以有效降低设备运行过程中故障的发生率。系统运行中产生的信号传递主要是通过信号系统的相关作用完成的,可以为提升机的正常运行提供实时的参考信息。而安全保护系统在提升设备控制系统中的主要作用是设备出现故障时及时发出安全电路切断指令,制动性能优越[3]。这些不同的系统组成部分客观地反映了矿井提升设备系统的功能强大性。在煤矿企业实现现代化的生产目标过程中,这种系统将会发挥更大的作用。矿井的提升机结构框图如图1所示。
3 PLC在矿井提升机设备控制系统中的应用
3.1 PLC在矿井提升机变频调速系统中的应用
在矿井提升机变频调速系统运行过程中,对于PLC的依赖性非常强。这种系统的主要组成包括:实时监控系统、变频器、动力来源装置、液压站等。当提升机变频调速系统处于正常工作状态时,可以对生产过程中相关设备的运行速度进行有效控制,保证现场作业的安全性。当变频系统开始启动时,动力电源可以通过PLC的作用进入变频器。此时对应的液压制动阀需要及时断开,反方向运动的核心是主令控制器。提升系统运行过程中,技术人员可以设置好系统运行曲线,使提升机的速度能够保持在曲线要求范围内,对速度进行A/D转换。及时输出经过转换后的模拟量后,变频器将再次处于正常的工作状态,输出频率的确定主要是由调频变频器完成的。由于矿井内生产现场可能存在的影响因素较多,某些条件下也可以利用手动的调控手柄控制操作台速度,使整个提升设备系统能够保持在稳定的运行状态。同时,为了获得主电动机运转时的速度,可以充分发挥旋转编码器的作用,使可编程控制器能够及时达到相关的控制信号。此时利用PLC可以对信息进行实时分析,确定提升机运行距离和速度,及时显示出提升机的具体位置[4]。
3.2 PLC在矿井提升机电控系统中的应用
现代化信息技术的发展,为增强矿井提升机电控系统的安全性带来了重要的保障作用。利用PLC的优势,可以对这种系统进行针对性较强的软件保护,降低系统运行过程中的故障发生率。PLC的可扩展性好、自诊断功能作用突出,可以根据系统需要随时改变程序,为生产现场工作流程的顺利进行提供可靠保障。同时,PLC微处理效果好、环境适应性强、质量轻,可以增强机电一体化生产设备的实际作用效果。对于电控设备中常见的触点磨损问题,由于PLC采用的是无触点控制方式,有效避免了这种现象的出现。PLC作用下的系统软件有效保护了矿井提升机电控系统的后台设备,提高了系统运行的安全可靠性,降低了系统的故障发生率。同时,PLC也对提高提升机电控系统处理问题效率提供了丰富的手段[5]。
4 结语
现代化矿井提升设备控制系统在实际运行中需要充分发挥PLC的相关优势,减少系统处理实际问题的时间,增强系统运行的安全性和稳定性。在矿井提升设备控制系统结构优化过程中,PLC系统将会发挥更大的作用,为煤矿企业生产目标的实现提供可靠保障。通过全面阐述PLC的功能,以期增强这种控制器在提升设备控制系统中的适用性。
摘要：介绍PLC的相关功能,分析矿井提升机设备控制系统,探讨PLC在矿井提升机设备控制系统中的应用情况,以期对相关工作有所助益。
关键词：PLC,矿井提升机设备,控制系统,参考信息,信息化技术
参考文献
[1]梁波.基于PLC矿井提升机电气控制系统改造[D].西安:西安科技大学,2013.
[2]索楠.基于PLC矿井提升机控制系统设计[D].太原:太原理工大学,2012.
[3]徐玉龙.PLC在矿井提升机变频调速控制系统中的应用[J].水力采煤与管道运输,2012(4):32-36.
[4]董有祥.PLC变频控制技术在矿井提升机控制系统中的应用[J].科学之友,2011(23):52-53.
PLC矿井提升机控制 篇6
关键词：PLC矿井提升机控制,模糊自适应PID控制,仿真
引言
由于矿井提升机本身的非线性、时变性等特点, 采用单一的PID控制很难满足高精度控制的要求, 从而导致生产效率下降。而将智能控制理论中的模糊控制与单一PID控制结合起来形成的模糊自适应PID控制能够较精确地对矿井提升机系统进行控制, 本文以西门子PLC为主控制器通过变频器对交流电机进行控制并在MATLAB/Simulink对单一PID和模糊自适应PID进行了单位阶跃响应的比较。
1 矿井提升机控制系统的建模
由文献[1]、[2]可以得到矿井提升机关键部分的基本数学模型将各部分数学模型进行分析综合并进行系统的动态性能分析就可以得到矿井提升机本体的数学模型。
再将已经得到数学模型运用在如图1所示的基于西门子PLC的提升控制系统中。
根据系统辨识与建模[3]内容, 应用测试法测得系统的传递函数近似为:
2 模糊自适应PID控制器的设计
2.1 采用常规PID控制器
先采用常规PID控制方法控制被控对象G (s) , 并用MATLAB中的SIMULINK进行仿真, 设计框图如图2所示。用试凑法整定出一套合适的PID参数Kp=0.25, Ki=0.3, Kd=0.4, 输入为单位阶跃信号, 采用可变步长ode45算法得到的仿真曲线如图3所示。
由以上仿真结果可以看出采用常规PID控制系统有超调, 且响应时间慢, 稳定时间长, 难以满足提升机系统的高精度要求, 因此提出模糊自适应PID以满足系统的高精度要求, 首先要进行的是模糊自适应PID控制器的设计。
2.2 模糊自适应PID控制器的设计[4]
模糊自适应PID控制器的实现过程是:先找出PID三个参数与误差和误差变化率之间的模糊关系, 在运行中不断检测误差和误差变化, 再根据模糊控制原理对上述3个参数进行在线修改, 以满足不同误差和误差变化率对控制器参数的不同要求。模糊自适应PID控制器的结构如图4所示。
参数自适应模糊PID控制器的系统结构主要由参数可调PID和模糊控制系统两部分构成。在PID控制器实现对系统的控制, 模糊推理系统以误差e和误差变化率ec作为输入, 采用模糊推理方法对P I D参数K p、Ki、Kd进行在线整定, 以满足不同的误差P和误差变化率P c对控制器参数的不同要求, 而使被控对象具有良好的动态、静态性能。
将偏差e和偏差变化率ec作为模糊控制器的输入, PID控制器的3个参数Kp、Ki、K d作为输出。根据矿井提升机情况, 输入变量e和ec的模糊子集为{负大、负中、负小, 零、正小、正中、正大}, 记为{N B, N M, N S, Z O, P S, P M, P B}, 将偏差e和偏差变化率ec量化到 (-3, 3) 的区域内。同时, 输出变量△K p、△K i、△K d如的模糊子集{负大、负中、负小, 零、正小、正中、正大}, 记为{N B, N M, N S, Z O, P S, P M, P B}, 将其量化到 (0, 3) 的区域内。
通过对运行中e和ec的不断检测, 根据制订的模糊控制规则来对3个参数进行在线自适应调整, 而使被控对象具有良好的动静态性能。依据PID参数整定原则, 并在总结工程技术人员技术知识和实际操作经验, 列出输出变量△Kp、△Ki、△Kd的控制规则表, 见表1~表3。
根据各模糊子集的隶属度赋值表和各参数的模糊控制模型, 应用模糊合成推理设计PID参数的模糊矩阵表, 在线修正PID参数, 计算公式如下:
Kp=Kp'+△Kp
Ki=Ki'+△Ki
Kd=Kd'+△Kd
式中Kp'、Ki'、Kd'为原来整定好的P I D参数。
2.3 系统仿真模型的建立
基于M A T L A B/S I M U L I N K图形化建模环境建立的模糊自适应PID控制系统仿真模型如图5所示。
针对如上图所示的SIMULINK图形, 采用定步长ode14x算法得到的系统仿真曲线如图6所示:
3 结论
从仿真图可以看出, 当系统加入模糊控制器后, 由于模糊控制器能够根据系统误差e和误差变化率ec对PID的3个参数 (Kp、Ki、Kd) 进行在线修正, 所以所得到的系统动态响应曲线比较好, 超调较小, 响应速度较快, 调整时间短。
4 结束语
由于常规PID控制在高精度要求的控制系统中难以取得让人满意的效果, 而使用模糊自适应P I D控制方法在控制过程中通过K p、K i、K d的自适应调整, 使控制器具有更好的控制效果。由仿真结果可知, 该方法能发挥PID和模糊控制两者的优点, 能在更短的时间内达到稳定, 且超调很小。同时模糊自整定PID控制具有较强的自适应能力和鲁棒性, 能够较好地适应在控制过程中被控对象变化以及外来扰动突然进入系统的情况, 有较好的工程应用前景。
参考文献
[1]孙玉蓉, 周法孔.矿井提升设备[M].北京:煤炭工业出版社.1995
[2]陈维健, 齐秀丽.矿井运输及提升机机械[M].徐州:中国矿业大学出版社.1989
[3]方崇智, 萧德云.过程辨识.北京:清华大学出版社.1988
[2]范咏峰, 李平.浅析PID参数整定.中国仪器仪表.2002, (3) :24-28
PLC矿井提升机控制 篇7
关键词：矿井提升机,PLC,电控技术,直流调速系统
0 引言
矿井提升机是关系到矿井安全生产的重要设备, 对我国矿井生产起着决定性的作用。由于现在机械生产电子化程度的日益加强, 对我国矿井电控技术及控制装置的研究成为一个重点研究领域。用PLC逻辑代替原来的继电器逻辑, 并且用电子线路来代替磁放大器, 对可调闸和动力实行调节控制等等, 通过这些技术的引入, 大大的提升了升机的性能。
随着改革开放, 我国电控矿井提升机在设计、制造和研究上都取得了较大的进步。80年代前, 我国大部分矿井采用的是绕线式异步电动机转子回路串电阻的交流调速系统, 还有一部分采用G—M系统, 即发电机—电动机直流调速系统, 但使用这一部分的占少数。90年代, 大部分矿井采用V—M系统, 也就是晶闸管直流可逆调速系统, 它是通过磁场进行转换的。部分矿井已经开始与国际接轨, 使用技术先进的交流调速系统。随着我国经济的不断发展, 与国际间的交流合作日益增加, 我国新建矿井现在已经使用了全数字交、直流调速系统、全数字交等。
1 PLC电控矿井提升机的构成
目前的PLC电控矿井提升机主要由主电路、主控PLC电路、提升行程检测与显示电路、提升速度检测、提升信号电路五部分构成。主电路主要包括换向器、电动机、启动柜、电气制动电源, 现在大部分主电路部分仍采用传统的继电器控制电路。
我国现在有80%以上的矿井实现调速是通过改变改变转子回路串联附加电阻的继电器—接触器控制。这种调速方式是高耗能的调速方式, 在运行时, 绝大部分的能量转化成热能消耗掉, 致使电控系统的运行效率比较低。这种调速方案在运行时需要采用直流能耗制动方案或者低频制动方案。这两种方案都需要设置辅助电源和定子绕组进行二次切换操作。
2 使用PLC电控矿井提升机出现的问题
2.1 设备问题
PLC电控矿井提升机的主控系统是一个继电器控制系统, 系统的柔韧性比较差、故障率比较高、现场适应性也不是很好。在使用中, 系统故障的查找起来不是很便捷。系统故障报警系统不是很完善。并且缺乏信号检测和记录的功能, 并且对减速断超速保护、倒车保护、速度的测试和显示不是很精确。
2.2 无法直接进行试验
使用PLC电控矿井提升机, 由于在电控中某些软件具有保护功能, 不能直接进行试验。这就造成了在实践中不能像在模拟中那样可以便捷的调整和改变参数。在实际的操作中, 我们只能对过卷、松绳、闸间隙等几个保护进行试验, 无法试验过速、限速等保护。还有辅控系统通常是以磁放大器为综合比较环节的反馈控制回路, 经过长期使用证明具有调试困难, 速度闭环环节跟随性与灵敏度差等缺点。
2.3 操作人员的水平层次不齐
操作人员的水平决定了PLC电控矿井提升机的可靠性、控制精度。目前很多技术操作人员没有很好的掌握PLC电控矿井提升机的操作程序和注意事项, 通常只是熟练掌握PLC电控矿井提升机的输入等的相关操作, 他们无法正确判断电控矿井提升机的可靠性和安全性。PLC电控矿井提升机的安全运转主要依赖电控设计人员的水平和生产厂家的把关。
3 相关建议
3.1 制定企业对PLC电控矿井提升机操作的标准
对于PLC电控矿井提升机的使用, 除了《煤矿安全规程》的相关规定, 企业也应该配备硬件配置、软件设计方面的强制标准, 这样可以使得PLC电控矿井提升机更为安全的使用。同时企业也应该和操作人员定期交流, 了解他们在实际操作中遇到的问题, 并给与相应的解决方案。
3.2 定期实施技术改造
要定期对PLC电控矿井提升机实行技术改造。由于现在电控提升机的生产厂家比较多, 而且比较分散。所以在改造时, 首先要尽可能的统一电控矿井提升机。对单绳缠绕式提升机除了进行变频调速, 也可以子串电阻全数字交流提升机电控系统进行配置上的调整。对多绳摩擦提升机可以更改直流电控系统的配置进行升级。对低压缠绕式提升机由于它的容量比较小, 可以采用低压交流变频调速电控系统。这样不但可以降低管理上的困难度, 也可以合理的配置, 提高其使用率和工作效率。例如, 洛阳中信重机自动化工程有限责任公司选用Siemens公司的S7系列PLC研制开发生产的矿井提升机PLC电控系统, 取得了比较好的使用效率。
3.3 完善人员培训制度
使用PLC电控矿井提升机的企业应该完善对技术人员和操作人员的培训制度和培训体质。定期和厂家进行联系合作对机操作人员和技术管理人员的专业技能和技术水平进行培训。培训合格后获得资格证才能进行对PLC电控矿井提升机的操作。同时企业可以将相关工作人员送到高校进行培训和进修, 使工作人员熟悉PLC电控矿井提升机的设计原理和操作流程。
并且企业可以开展一些PLC电控矿井提升机的知识问答和操作竞赛等活动, 提高员工的积极性。并定期进行PLC电控矿井提升机的相关知识进行宣传, 使得企业形成操作人员和技术人员的梯队。
4 结论
通过使用PLC电控矿井提升机, 可以大大提高采矿的能力和水平, 在实际中要注重PLC电控矿井提升机运行的安全性和稳定性。充分发挥PLC电控矿井提升机的优势, 提高系统综合性能, 为我国矿井安全生产做贡献。
参考文献
[1]叶予光, 梁南丁.基于PLC技术的矿井提升机电控系统[J].机电一体化, 2004 (6) .
[2]双永顺, 乔和.矿井提升机控制系统技术改造[J].煤矿机械, 2008 (8) .
[3]白生威, 何富贤.基于PLC技术的矿井提升机换向控制系统[J].矿山机械, 2011 (2) .
[4]王文华.矿井提升机控制系统设计[J].电工技术, 2011 (8) .
[5]李宝荣.矿井提升机PLC控制系统的研究[J].科学之友, 2011 (11) .
PLC矿井提升机控制 篇8
1 控制电路
本系统选用西门子公司生产的S7-200系列中的CPU224, 本机带有14个数字量输入端和10个数字量输出端, 硬件电路图1。
2 PLC电控系统的构成与特点
随着计算机技术的发展, 可编程控制器可以完成更为复杂的控制功能。其中有由PLC构成的控制系统。
PLC电控系统具有的特点:采用先进的技术设备, 程序设计简单, 灵活方便, 各项保护措施完备, 抗干扰能力强, 可靠性高, 已成为自动化领域中发展迅速的通用控制装置。
3 提升机交流变频调速系统
交流变频调速系统的物质基础, 是电力电子器件和微机系统。随着技术的发展, 具有自关断能力的高频自关断器件应运而生, 主要有IGBT、GTO和IGCT等, 具体性能比较见表1。
转矩直接控制是把电机与逆变器作为整体考虑, 并在定子坐标系内进行磁通、转矩的计算。直接转矩控制系统与矢量变换控制系统特点及性能的比较如表2所示。
4 提升机电气系统存在的问题
从目前我国提升机电控系统的状况来看, 存在调速能力比较弱, 控制精度不高, 监控能力和可靠度低等不足。提升机电气控制系统存在的问题主要有:
(1) 结构复杂:矿井提升机的电控系统的调节系统插件有80余块, 因此, 整个电路控制系统的结构较为复杂。
(2) 故障高。在电控系统中, 如有任何一个工作部位出现问题, 都将会影响整个提升机系统的运行工作。
(3) 稳定性弱。在煤矿的生产过程中, 矿井的提升机电气控制系统易受到一些因素的干扰, 如开采的环境、电阻的参数等, 而且对技术人员的要求比较高。
(4) 操作程序繁多。矿井的提升机在实际工作中, 有很多环节是通过主令控制器和操作人员共同完成的, 因此操作程序较为复杂。
5 结语
采用西门子PLC控制的煤矿提升系统对老设备进行节能技术改造, 不仅简化了系统, 提高了设备的可靠性和稳定性, 节省能耗, 同时还大大提高了煤矿生产的安全系数, 具有较高的推广价值通过本文对电控系统的研究, 我们相信在不久的将来, 大功率可调频电源也将应用到提升机上, 并对目前存在的问题能够得到很好地解决。今后, PLC的基于矿井的提升机电控系统并将得到飞速发展。
摘要：本文通过对PLC对矿井提升机电控系统的研究, 努力提高矿井提升机电控系统的技术水平, PLC将输出控制信号控制提升停止工作, 提高我国的矿井提升机电控系统的装备和成套能力, 保证电气控制系统的可靠性和安全性。
关键词：PLC,提升机,电气系统,交流变频调速系统
参考文献
[1]陈建明, 等.电气控制与PLC应用[M].北京:电子工业出版社, 2006.