【正文】 電機(jī)風(fēng)機(jī)運行輸出 Y11 變頻正轉(zhuǎn)輸出中繼 Y40 PLC 監(jiān)視輸出 Y12 變頻反轉(zhuǎn)輸出中繼 Y41 主允許一次提升輸出 Y13 變頻預(yù)留 Y42 制 動 泵運 行輸 出 Y14 變頻多段速 1 Y43 潤滑泵運行輸出 Y15 變頻多段速 2 Y44 閘控輸出 Y16 變頻多段速 3 Y45 一次提升故障指示 Y20 PLC 接線圖 第 5 章 PLC 控制程序設(shè)計 51 PLC 軟件概述及提升機(jī) PLC 控制要 求 三菱 PLC的編程軟件有幾種在此用到的是 Gxdeveloper是一款可兼容三菱各種型號 PLC 的編程軟件有離線仿真功能 1 GX 開發(fā)器 1 開發(fā)器 GPPW 可以用于生成涵蓋所有三菱電機(jī) PLC 設(shè)備的軟件包使用軟件可以為 FxAQnAQ 系列 PLC 生成程序 2 開發(fā)器 GPPW 使用 Widnows 操作平臺以提高工作效率便于調(diào)試操作和維修操作 3 梯形圖指令表或者是 SFC 時序功能圖 進(jìn)行編程 4 可以與原先包括基于 DOS 操作系統(tǒng)的程序在內(nèi)的編程軟件相兼容 5 維護(hù)包括監(jiān)控和程序參數(shù)上載和下載通過調(diào) 制解調(diào)器通訊即可實現(xiàn) 2 提升機(jī) PLC 控制系統(tǒng)要求 1 提升機(jī)速度 PLC 控制方式 提升速度的給定方式有兩種一種是給定速度為時間的函數(shù) v f t 另一種是給定速度為行程的函數(shù) v f s 為了提高提升機(jī)運行速度控制的精度在速度給定電路中增加了加速變化率限制環(huán)節(jié)即不但要限制加速度而且還要限制加速度的變化率為了提升機(jī)運行的安全可靠采用行程給定和時間給定串級連接在速度圖中不出現(xiàn)折線實現(xiàn) S 形速度給定曲線 2 提升機(jī)行程 PLC 控制方式 通過井筒開關(guān)旋轉(zhuǎn)編碼器檢測提升行程其中一個旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在提升機(jī)的主 軸上另一個旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在提升電動機(jī)軸上天輪軸上的安裝旋轉(zhuǎn)編碼器作為行程檢測后備器件井筒開關(guān)用來校正行程顯示和控制信號使行程控制和顯示誤差縮小到允許范圍 52 程序設(shè)計 1 軟件結(jié)構(gòu) 由于系統(tǒng)控制核心主要由 PCL和上位機(jī)組成因此軟件包括 PLC控制軟件和上位機(jī)組態(tài)軟件 PLC 軟件的主要功能是對提升機(jī)的啟動加速減速停車等過程控制信號采集邏輯處理 PLC 軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)程序編制采用梯形圖上位機(jī)軟件主要對系統(tǒng)運行狀態(tài)故障狀態(tài)實時監(jiān)控對運行數(shù)據(jù)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和記憶 PLC 軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計是根據(jù)提升機(jī)工藝和控制 要求將控制任務(wù)和過程分解為許多子過程和子任務(wù)再對各個子過程和子任務(wù)進(jìn)行模塊設(shè)計功能說明形成一個模塊化的程序結(jié)構(gòu)如圖 51 所示 圖 51 PLC 軟件結(jié)構(gòu)圖 2 設(shè)計思路軟件部分說明 由于控制工藝比較復(fù)雜本程序采用主子程序模塊化順序結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程程序中的內(nèi)存地址可分成參數(shù)設(shè)定上位機(jī)顯示故障存儲運行數(shù)據(jù)存儲中間量這五部分系統(tǒng)各種子程序均由主循環(huán)程序調(diào)用執(zhí)行按事先輸入的控制程序?qū)崿F(xiàn)自動控制系統(tǒng)編程靈活修改程序方便僅需修改子程序梯形圖程序就可改變控制功能便于現(xiàn)場維護(hù)管理使提升機(jī)運行安全性和可靠性得到了大幅度提高 主 程序和部分子程序分別介紹如下 1 控制程序 控制子程序流程圖如圖 52 所示提升信號工作手柄以及所選擇的工作方式驅(qū)動變頻器實現(xiàn)提升下放操作完成對絞車的啟動加速等速減速停止等運行過程的轉(zhuǎn)矩和頻率控制故障時通過對液壓站電磁閥的控制實施一二級安全制動主要輸出驅(qū)動控制功能為 a 電機(jī)變頻調(diào)速控制 b 制動泵液壓泵的控制 c 液壓站電磁閥的控制 d 調(diào)繩調(diào)閘操作 e 安全保護(hù)安全制動 程序置有半自動運行 主井提升可實現(xiàn)自動運行 手動運行檢修運行應(yīng)急運行等四種運行方式在正常情況下可采用半自動或手動運行檢修運行時系統(tǒng)自動給定一個檢修速 度 03ms 低速運行當(dāng)故障時在系統(tǒng)保護(hù)停機(jī)后故障被確認(rèn)但不能立即排除此時可采用應(yīng)急運行方式應(yīng)急運行速度不超過 05ms 圖 52 控制子程序流程圖 2 深度速度檢測子程序 速度檢測采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器雙線輸入利用高速計數(shù)模塊對編碼器信號計數(shù)其中一路編碼器信號用于行程速度保護(hù)一路用于顯示與監(jiān)測兩套編碼器的數(shù)據(jù)在程序中不斷進(jìn)行比較當(dāng)比較結(jié)果發(fā)生不一致時程序會發(fā)出故障安全制動指令 3 程序軟安全回路功能設(shè)置 在 PLC 軟安全回路中具有如下保護(hù)接點過卷保護(hù)主電源失壓制動油過壓 后備保護(hù)變頻故障操作臺急停信號減速段超 速等速段超速爬行段超速松繩信號深指失效松閘保護(hù)錯向保護(hù)編碼器失效 PLC 故障溜車故障以上任一故障發(fā)生均會斷開安全回路實現(xiàn)安全制動此外主令零位工作閘零位與安全回路閉鎖 4 保護(hù)設(shè)置子程序 對各種保護(hù)點 減速點開關(guān)過卷開關(guān)終點開關(guān)解除二級制動中繼接點等 除在外部設(shè)置硬接點外在程序中也設(shè)置軟開關(guān)進(jìn)行雙重保護(hù)在程序中設(shè)置的保護(hù)如下 過卷保護(hù)當(dāng)提升容器超出正常停車位置 05m 時過卷保護(hù)動作實現(xiàn)安全制動 等速段超速減速段超速爬行段超速保護(hù)程序中設(shè)置各種運行方式下的速度保護(hù)包絡(luò)線對各種情況的超速全程監(jiān)控任何超速均會斷開安全回路 實現(xiàn)安全制動 自動減速功能當(dāng)提升容器到達(dá)減速位置時系統(tǒng)發(fā)出警示鈴聲并開始減速 深指失效保護(hù)程序通過讀取深度指示器上編碼器的數(shù)值與其它編碼器的數(shù)值進(jìn)行比較當(dāng)判斷深指失效時自動斷電并實現(xiàn)安全制動 變頻故障保護(hù)程序不斷監(jiān)測變頻器運行狀態(tài)當(dāng)發(fā)現(xiàn)變頻故障時自動斷電并實現(xiàn)安全制動 松繩保護(hù)程序不斷監(jiān)測松繩開關(guān)狀態(tài)當(dāng)發(fā)現(xiàn)松繩故障時斷開安全回路實現(xiàn)安全制動 溜車保護(hù)功能當(dāng)提升機(jī)無運行指令而有運行速度時系統(tǒng)自動斷開安全回路實現(xiàn)安全制動 潤滑油過壓欠壓潤滑油超溫閘瓦磨損制動油超溫保護(hù)功能這類故障發(fā)生在運行中則允許本次提升完成但 不允許下次開車開車前出現(xiàn)這類故障則不允許再開車 PLC 是本控制系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)其主要控制電路如圖 53 所示主要的控制功能有如下幾項主令操作控制保護(hù)監(jiān)視控制 主令操作控制對系統(tǒng)進(jìn)行管理實現(xiàn)提升機(jī)與操作臺之間的指令傳遞向提升系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令并改變相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)使提升機(jī)按照預(yù)定的力圖和速度圖安全運行運行方式可分為啟動等速運行減速爬行停車 PLC 根據(jù)運行方式對變頻器實現(xiàn) S 形速度給定控制實現(xiàn)箕斗運行速度的準(zhǔn) S 形曲線 PLC 還完成各種保護(hù)監(jiān)視功能監(jiān)控內(nèi)容主要包括超速監(jiān)視過卷監(jiān)視實時速度監(jiān)視井筒過卷監(jiān)視變頻器故障監(jiān) 視礦車行程監(jiān)視過載監(jiān)視深度指示器監(jiān)視等以上監(jiān)視內(nèi)容出現(xiàn)故障時通過報警回路報警或安全回路實現(xiàn)抱閘停車保護(hù) 1 起動停車 1 多數(shù)變頻器不能適應(yīng)上電運行功能所以應(yīng)對控制系統(tǒng)加入保護(hù)功能當(dāng)需要開機(jī)運行時按下起動按鈕 SB1其輸出繼電器 KM1便吸合置于電源與變頻器之間的常開觸點閉合將三相 AC380V 動力電接入變頻調(diào)速回路中當(dāng)減速停車并實現(xiàn)機(jī)械抱閘制動后可以將變頻器與動力電源脫開按下停止按鈕 SB2使繼電器 KM1失電其常開觸點斷開變頻器便與動力電源脫開 圖 53 PLC 外部接線 2 梯形圖及編程語言 二上提升下放 在控 制回路中利用正轉(zhuǎn)繼電器 K1的常閉觸頭控制反轉(zhuǎn)繼電器 K2的線圈利用反轉(zhuǎn)繼電器 K2 的常閉觸頭控制正轉(zhuǎn)繼電器 K1 的線圈從而達(dá)到互鎖作用 其動作過程如 當(dāng)要下放礦車或送工人到井下時按下下降按鈕繼電器 K2 吸合其常開觸點閉合常閉觸點斷開此時變頻器 REV 與 CM 端相連電機(jī)反轉(zhuǎn)下放重物同時斷開繼電器K1 回路形成下降閉鎖 當(dāng)按下上升按鈕時 K2 吸合斷開 K1 回路形成上升閉鎖此時 FWD 與 CM 相連電機(jī)正轉(zhuǎn)上提煤車 當(dāng)按下停止按鈕時所有繼電器常閉觸頭閉合為下一次提升做準(zhǔn)備 三工頻與變頻轉(zhuǎn)換 1 工變頻轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可使電機(jī)轉(zhuǎn)速需在工頻運行或 變頻出現(xiàn)故障時進(jìn)行自由切換正常工作狀態(tài)為變頻調(diào)速運行此時繼電器 KM2得電 KM3失電置于變頻器與電機(jī)之間的 KM2常開觸點閉合跨過變頻器連接電機(jī)與三相動力電源的 KM3常開觸點斷開變頻器接入調(diào)速回路并接受操作臺控制信號及 PLC 反饋信號進(jìn)行調(diào)速控制當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障或需要對電機(jī)進(jìn)行點動調(diào)節(jié)時按下工頻按鈕使 KM2 斷開 KM3閉合電機(jī)進(jìn)入工頻狀態(tài)這樣便于檢修和故障排除 2 梯形圖及編程語言 53 系統(tǒng)抗干擾措施 可編程控制器的主要應(yīng)用場合是工業(yè)現(xiàn)場工作環(huán)境中各種干擾對系統(tǒng)設(shè)備的正常運行存在著嚴(yán)重的影響所以在本系統(tǒng)中也不例外 有必要考慮系統(tǒng)的抗干擾措施 抗干擾的主要措施有 1 數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜所有屏蔽電纜層匯線接地多芯電纜中的備用芯線也要一端接地這樣可擴(kuò)大屏蔽作用并抑制芯線間干擾必要時可采用帶有屏蔽層的輸入和輸出信號電纜 2 數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜所有屏蔽電纜層匯線接地多芯電纜中的備用信號回路匯線接地輸入信號電纜輸出信號電纜和電力電纜都要分開敷設(shè)不能扎在一起 信號電纜接線端子均安裝在柜體下側(cè) 3 數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜所有屏蔽電纜層匯線接地多芯電纜中的備用所有機(jī)柜操作臺等均需保護(hù)接地臺柜內(nèi)需有獨立的 PLC 直流地機(jī)殼安 全地電纜屏蔽地接地端子與結(jié)構(gòu)內(nèi)部未接地電路板在電氣上隔離電源柜動力柜變頻柜進(jìn)線方式均為下進(jìn)下出 4 數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜所有屏蔽電纜層匯線接地多芯電纜中的備用引至 PLC 柜的電纜要盡量遠(yuǎn)離那些會產(chǎn)生電磁干擾的裝置 5 數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜所有屏蔽電纜層匯線接地多芯電纜中的備用同一電平等級的信號才能用一條多芯電纜傳輸因此對數(shù)字信號和模擬信號在任何情況下 都必須分開電纜進(jìn)行傳輸?shù)碗娖叫盘柧€應(yīng)與其它信號線分開盡量縮短模擬量 IO 信號線的長度并采用雙芯屏蔽線作為信號線 6 數(shù)據(jù)采集采用屏蔽電纜所有屏蔽電纜層 匯線接地多芯電纜中的備用保證 PLC柜良好的通風(fēng)環(huán)境在設(shè)備現(xiàn)場要充分考慮周圍環(huán)境的影響盡量不要將 PLC安裝在多塵有油煙有導(dǎo)電灰塵有腐蝕性氣體振動熱源或潮濕的地方 結(jié) 論 本文主要為礦井提升機(jī)設(shè)計一套 PLC 控制的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)備包括系統(tǒng)操作臺變頻柜電源柜動力柜及 PLC 實現(xiàn)提升機(jī)速度的可調(diào)節(jié)以節(jié)約能源和適應(yīng)生產(chǎn)的需要根據(jù)要求此系統(tǒng)能達(dá)到現(xiàn)場的運行狀況運行數(shù)據(jù)都可以在司機(jī)控制室掌握用戶在控制室可以通過操作臺或人機(jī)界面來設(shè)置提升機(jī)的運行頻率啟動和停止電機(jī)并且各環(huán)節(jié)故障信息可以在操作臺或人機(jī)界面上反映出來以用 來提示用戶 對本文在礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)研究中采用變頻器和可編程序控制器相結(jié)合的方法取得了一定的成果通過對已改造的提升機(jī)設(shè)備進(jìn)行調(diào)研以及相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀可以看出 PLC控制的變頻調(diào)速提升機(jī)有明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益采用 PLC后克服了原繼電器系統(tǒng)的不足系統(tǒng)安全可靠性價比提高且控制程序可根據(jù)需要修改對提高控制技術(shù)水平具有廣闊的應(yīng)用前景變頻調(diào)速系統(tǒng)在提升機(jī)控制中顯示出其控制性能優(yōu)良操作簡便運行效率高維護(hù)工作量小等諸多優(yōu)點是礦用提升機(jī)傳動的發(fā)展方向在使用過程中實現(xiàn)了軟起動軟停車減少了機(jī)械沖擊使運行更加平穩(wěn)可靠該系統(tǒng)四象限 運行可實現(xiàn)絞車的調(diào)速換向能量回饋制動等功能適應(yīng)范圍廣節(jié)能效果更加明顯 實現(xiàn)方案的同時還發(fā)現(xiàn)很多的不足 1 在運行過程中發(fā)現(xiàn)在提升機(jī)啟動和停止時鋼絲繩有顫動的現(xiàn)象造成安全隱患在今后的研究中可以加入先進(jìn)的控制算法比如模糊控制在軟件中為提升機(jī)的啟動和停止設(shè)置特定的運行曲線使其運行更穩(wěn)定并解決顫繩的問題 2 為提高系統(tǒng)的硬件設(shè)計水平促進(jìn)整機(jī)性能的提高降低成本需要不斷關(guān)注相關(guān)的電力電子變頻器 PLC[1] 譚波李燕林譚冠政．變頻調(diào)速在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用．電器工業(yè) 2020年 04 期 5758 [2] 胡青榮．變頻調(diào)速節(jié)能裝置抗干擾措施 電氣時代 2020 04 [3] 譚波李燕林．變頻器諧波干擾及解決辦法 電氣時代 2020 01 [4] 能昌信劉琳叢俊杰． 礦井提升信號通訊系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計．河北建筑科技學(xué)院學(xué)報 2020 01 [5] 陳立香． 變頻和調(diào)壓相結(jié)合的調(diào)速方法在煤礦提升機(jī) 的應(yīng)用．煤礦機(jī)電 2020 02 [6] 閆廣王公華李兆峰． PLC 在副井提升機(jī)信號及綜合保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用 ．工礦自動化 2020 03 [7] 陳為信姜華魏永平劉竟雄．礦井提升機(jī)行程 速度全數(shù)字監(jiān)控器的研制．工礦自動化 2020 04 [8] 史德嘉．礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)的改造 ．礦業(yè)研究與開發(fā) 2020 年 03 期6162 [9] 劉瑞國孫玉霞劉芒果．礦井提升機(jī) TKDA 斜井電控系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)改造．煤礦機(jī)械 2020 12 [10] 盧燕顧善發(fā)盧光華． 礦井提升機(jī)的電控系統(tǒng)．黃金 2020 年 02 期 262