基于PLC技術(shù)礦井提升機控制系統(tǒng)的設(shè)計

    1引言

    目前，我國絕大部分礦井提升機（超過70%）采用傳統(tǒng)的交流提升機電控系統(tǒng)（tkd-a為代表）。tkd控制系統(tǒng)是由繼電器邏輯電路、大型空氣接觸器、測速發(fā)電機等組成的有觸點控制系統(tǒng)。經(jīng)過多年的發(fā)展，tkd-a系列提升機電控系統(tǒng)雖然已經(jīng)形成了自己的特點，然而其不足之處也顯而易見，它的電氣線路過于復(fù)雜化，系統(tǒng)中間繼電器、電氣接點、電氣聯(lián)線多，造成提升機因電氣故障停車事故不斷發(fā)生。采用plc技術(shù)的新型電控系統(tǒng)都已較成功的應(yīng)用于礦井提升實踐，并取得了較好的運行經(jīng)驗，克服了傳統(tǒng)電控系統(tǒng)的缺陷，代表著交流礦井提升機電控技術(shù)發(fā)展的趨勢。

    2總體設(shè)計方案

    基于plc技術(shù)的礦井交流提升機電控系統(tǒng)控制電路組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，要由以下5部分組成：高壓主電路（包括高壓換向器、電動機、啟動柜、動力制動電源）、主控plc電路、提升行程檢測與顯示電路、提升速度檢測、提升信號電路，其中高壓主電路部分仍采用傳統(tǒng)的繼電器控制電路。

    工作過程：當井口或井底通過信號通信電路發(fā)出開車信號后，開車條件具備。司機將制動手柄向前推離緊閘位置，主電動機松閘。司機將主令控制器的操作手柄推向正向（或反向）極端位置，主控plc通過程序控制高壓換向器首先得電，使高壓信號送入主電動機定子繞組，主電動機接入全部轉(zhuǎn)子電阻啟動，然后依次切除8段電阻，實現(xiàn)自動加速，最后運行在自然機械特性上。交流提升機運行時，旋轉(zhuǎn)編碼器跟隨主電動機轉(zhuǎn)動，輸出2列a/b相脈沖，分別接到主控plc的高速計數(shù)器hsc0的a/b相脈沖輸入端，由主控 plc根據(jù)a/b脈沖的相位關(guān)系，自動確定hsc0的加、減計數(shù)方式。根據(jù)hsc0的計數(shù)值，就可以計算出提升行程并顯示。同時只根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的a 相脈沖，主控plc進行加計數(shù)。根據(jù)hsc1在恒定間隔時間內(nèi)的計數(shù)值，就可以計算出提升速度。

    3硬件設(shè)計

    3.1提升機主回路部分設(shè)計

    主回路用于供給提升電動機電源，實現(xiàn)失壓、過流保護，控制電機的轉(zhuǎn)向和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。主回路由高壓開關(guān)柜、高壓換向器的常開觸頭、動力制動接觸器的常開主觸頭、動力制動電源裝置、提升電動機、電機轉(zhuǎn)子電阻、加速接觸器的常開主觸頭（1jc～8jc）和裝在司機操作臺上的指示電流表和電壓表等組成。系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

    主拖動電機選擇：鼠籠式異步電動機盡管結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、維護方便，但很難滿足提升機啟動和調(diào)速性能的要求，因此，礦井提升機交流拖動系統(tǒng)均選用繞線式異步電動機作為主拖動電動機，繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻后能限制啟動電流和提高啟動轉(zhuǎn)矩，并能在一定范圍內(nèi)進行調(diào)速。地面變電所送來的二路6kv電源，一路工作，一路備用，經(jīng)tgg-6型高壓開關(guān)柜的隔離開關(guān)glk1、油開關(guān)gyd、高壓換向器線路接觸器xlc的主觸頭、正向（或反向）接觸器zc（或fc）后到主電機的定子。在高壓開關(guān)柜內(nèi)還設(shè)有電壓互感器yh，失壓服扣線圈syq，電流互感器lh和過流脫扣線圈glq，用于失壓或過流保護。在syq線圈回路中還串聯(lián)接有緊急停車開關(guān)jtk1和換向器室欄柵門閉鎖開關(guān)lsk。

    3.2制動回路設(shè)計

    礦井提升機大多數(shù)采用繞線式異步電動機來拖動，且多數(shù)場合下采用有級切換轉(zhuǎn)子回路電阻來實現(xiàn)調(diào)速。其制動系統(tǒng)多采用可控硅動力制動和可調(diào)閘制動系統(tǒng)。前者為電氣制動，后者為機械制動。提升機在減速段運行中，當速度在0～5%范圍內(nèi)，電氣制動起作用，可調(diào)閘不起作用；當超速在 5%～10%范圍內(nèi)，電氣制動限幅，并維持最大制動功率，同時可調(diào)閘起作用，總制動力矩增大；當超速10%時，過速繼電器gsj1作用于安全回路，可調(diào)閘將提升機滾筒閘住。

    晶閘管動力電源裝置主要有兩部分組成，一部分為主回路，另一部分為觸發(fā)回路。本文設(shè)計中采用kzg型三相可控硅動力制動系統(tǒng)。此系統(tǒng)為單閉環(huán)動力制動系統(tǒng)，系統(tǒng)方框圖如圖3所示，從圖中可以看出速度偏差控制和腳踏控制是“或”的關(guān)系，哪個信號大，就允許哪個信號通過，亦即相應(yīng)的控制方式發(fā)揮作用。因此，單閉環(huán)控制時司機可以腳踏制動進行控制，而在腳踏控制時，如提升機超速，閉環(huán)系統(tǒng)又可起監(jiān)視保護作用。

[$page]    3.3速度給定回路

    速度給定方式就是按行程原則產(chǎn)生速度給定信號。在礦井提升機電控系統(tǒng)中，通常是采用凸輪板給定方法，即由凸輪板控制自整角機的輸出電壓。由于自整角機沒有可滑動的觸點，因此電壓變化較平穩(wěn)，工作較