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基于PLC的煤矿提升机电控系统设计

发表时间：2020/11/18 来源：《基层建设》2020年第22期作者：孙文乐尚永胜

[导读] 摘要：电控系统是煤矿提升机的核心构成要素，本文基于PLC的煤矿提升机电控系统设计为主要的研究对象，通过介绍电控系统的构成、控制模式以及总体设计分析等内容，以期达到对设计总体方案的实际应用效果，实现提升机运行的稳定性与安全性，进而升级我国煤矿提升机电控系统设计的整体应用水平。

        内蒙古科技大学内蒙古包头市 014000
        摘要：电控系统是煤矿提升机的核心构成要素，本文基于PLC的煤矿提升机电控系统设计为主要的研究对象，通过介绍电控系统的构成、控制模式以及总体设计分析等内容，以期达到对设计总体方案的实际应用效果，实现提升机运行的稳定性与安全性，进而升级我国煤矿提升机电控系统设计的整体应用水平。
        关键词：PLC；电控系统；煤矿提升机；设计方案
        一、电控系统的构成
        通常情况下，成套的电控系统包括高压配电系统、低压配电系统、安全保护系统、操作系统、监控系统以及全数字变流驱动系统几种。而主电控系统主要包含了电源电路、PLC保护回路、驱动电路以及控制回路等。其中，电源回路通过将交流电源转变为直流电源，借助于变频器创建新的电源电路，有效增强整个电源工作的高效性与可靠性；PLC保护回路则是利用跳闸、合闸级基本回路特征与要求，采取一定的措施对PLC进行过流过压的保护；驱动电路主要用来放大控制电路的信号，使其能够驱动功率晶管体，也就是通过PLC的输出回路驱动提升机的构件来完成预期的控制动作。通过可控的电控系统组件，实现对煤矿提升机的供电功能。
        二、电控系统的控制模式
        基于PLC的煤矿提升机电控系统，其控制模式主要分为信号采集系统与上位机监控系统。信号采集系统主要负责对煤矿提升机各项工作参数与状态参数的实时采集。在此过程中，采集参量中模拟量通过PLC的入口进入到内部，数字参量的数字量通过PLC的开关量入口进入到内部，再由PLC内部的相关程序设定完成对煤矿提升机各项工作参数与状态参数的分析与处理，之后再传输到上位机，实现对参数的显示。上位机监控是以计算机为主要载体，通过特定的上位机显示控制程序，对远程采集到的工作参数与状态参数进行实时显示[1]。另外，还能够通过对远程控制指令的下达，完成对煤矿提升机的远程电控。
        三、煤矿提升机电控系统的总体设计分析
        煤矿提升机作为矿井底部生产运输的重要设备，对井下煤矿的物资运输以及人员运输起着至关重要的作用。因此，加强对煤矿提升机运行的可靠性与安全性控制是煤矿产业生产经营与安全管理的工作之重。
        首先，在进行PLC煤矿提升机电控系统设计环节中，要对电控系统的总体方案进行综合性分析。整个电控系统由核心处理器与变频调速装置两部分构成。在分析设计方案的过程中，处理好操作台与主控系统、辅控系统以及监控系统各工作环节的关系与主要任务。针对整个系统中的PLC控制箱、变频电源柜、制动电阻柜、低压配电柜以及触摸屏等要充分了解与分析其功能与性质。其中，PLC控制箱又分为手动或自动调控提升机和监控提升机的运行状态两种类型；变频电源柜主要用途为在适当的时机对提升机进行调控，实现能量回馈的价值作用[2]；制动电阻柜则是用来提升机减速或者紧急制动中；低压配电柜常用于为控制电路与外围电路提供充足的电力；触摸屏具有实时显示提升机工作状态以及远程传输。
        第二，在设计环节中还需要将系统硬件设施因素考虑其中。煤矿提升机的电控系统硬件主要分为括PLC控制系统与变频调速装置。其中，PLC控制系统主要分为CPU模块、通信模块、接口模块、电源模块以及编程设备等几个部分。

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CPU模块中又分为CPU通讯接口、接口模块、输入模块以及输出模块等，通过对煤矿提升机各组件工作的参数进行分析，实现对提升机运行状态的信息采集，并利用这些信息数据执行相对应的程序指令；通讯模块主要是用于提升机各组件之间的信息互通，有效将PLC、上位机以及开关接口等相互联系起来；接口模块则是运用于信息数据之间的传输与交互；电源模块是向外接设备提供电力的主要组件，将交流电压直接转变为直流电压的就是利用电源模块完成的。另外，变频调速装置的运行质量高低直接决定了煤矿提升机电控系统性能的发挥。在具体的设计环节中，需要采用“交直交”式的变频调速方法，有效保证煤矿提升机运行时提升速度与提升容积的规范化与合格化，构建现代化、全智能变频调速系统[3]。这种变频调速装置相对于传统的调速系统来说，具有较强的优势性，其设备结构相对简单、工作效率相对较高，并且可承受电压与容量极高。
        第三，在进行PLC煤矿提升机电控系统设计环节中，要对电控系统的软件设计进行分析。在整个系统软件设计过程中，需用运用配套的编程软件进行编辑，主要包括初始化、辅机启动、开车准备、安全回路、机车操作等不同结构化的子程序。其中，机车操作方式程序中又分为手动操作方式程序、半自动操作方式程序以及运行状态监视程序。通常情况下，提升电机、制动装置以及提升机油泵之间会存在一定的联锁关系，因此，在辅机启动环节中，应当先对产生联锁关系的辅机进行启动，然后再正式启动提升机。在开车准备环节中，首先要确保提升机处于正常的运行状态，只有提升机处在启动条件下，才能够进行开车准备。在此过程中，需要将辅机启动、联锁控制手柄以及联锁手柄回归于零位，待所用系统检测完备后，即可启动提升机。在安全回路环节中，需要全面操控系统软硬件的安全回路。当提升机发生故障后，检测系统会产生反应，相应的硬件安全回路会跳闸、停车，并由软件安全回路发出警报。安全隐患解决后，程度才会自动对安全制动进行解除。在机车操作环节中，将提车点的程序分为自动化与手动选项控制两种，只需要选择是或者否，就可以进行自动或者手动的操作选择，选择自动操作就会进入到自动选项控制，完成停车点的启动方向回路，反之，同上。其中，自动控制实质上是PLC控制装置对提升机运行方向和状态的判定与执行，只有在启动条件确保的基础上，才是真正意义上的完成机车操作。
        最后，为了有效保证煤矿提升机电路系统设计的合理性，需要有针对性的对其试验样机进行模拟检测，包括对PLC控制箱、变频电源箱、制动电阻柜、低压电阻柜和操作台等各项组件的接线检查，提供主体电力后还需要对各设备进行电路供电的调控，按照不同调试参数与控制要求对相应的工作参数与状态参数进行设定；通过对提升机输出电波的波形图分析，在特定的时间内电流数值控制在有效范围内，就说明设计的电控系统功能齐全、性能良好，符合设备的生产要求。
        结语
        综上所述，加强对煤矿提升机电控系统的优化设计与分析探究，能够有效增强提升机运行过程中的稳定性、安全性与高效性，并通过模拟与数据传输有效实现提升机的实时监控与远程管理，为煤矿产业的平稳可持续发展奠定良好的基础。
        参考文献：
        [1]刘成全.矿井提升机电控系统升级的安全技术研究及应用[D].山东：青岛科技大学，2012.DOI：10.7666/d.y2178733.
        [2]盛超.矿业企业矿井提升机电控系统设计方案的研究[J].中国设备工程，2019，（6）：185-186.DOI：10.3969/j.issn.1671-0711.2019.06.107.
        [3]刘洋.PLC技术背景下机电一体化控制系统的应用[J].建筑工程技术与设计，2020，（25）：484.DOI：10.12159/j.issn.2095-6630.2020.25.0468.