基于TKD原理的交流提升机PLC控制PLC系统

一、概述 矿井提升机承担矿物的提升、人员的上下、材料的运送等任务，是矿山大型关键设备，而其电控系统更是关键中的关键，它的技术性能和可靠性直接影响煤矿的安全生产和经济效益。目前我国矿井所用交流提升机大多数采用传统的TKD电气控制线路。这种控制方式采用了大量的继电器和接触器，维修量特别大，并且噪音也很大，给维护人员的身心健康造成了很大的伤害。为此我们依据提升机的TKD原理，采用一种新的控制模式，即：多PLC冗余控制+无触点加速柜（采用可控硅）+低频电源+上位机监控，并且在流通筒和导向轮上配置轴编码器，实现数字式闭环，解决了以上问题。 二、PLC控制系统构成 矿井提升机是整个矿井的枢纽，它应能按照预定的力图和速度图，在四象限实现平稳启动、等速运行、减速运行、爬行和停车，而且在运行过程中要有极高的可靠性和安全性。根据提升机上述工况要求，采用PLC控制系统构造的交流提升机拖动系统如图1所示。图1中，PLC控制系统主要由多PLC冗余控制柜、可控硅加速柜、低频电源柜和上位机监控等4部分构成。 1、PlC冗余控制系统 以网络形式为连接纽带的PLC冗余控制系统，用于完成提升机行程控制、逻辑操作、故障保护及液压制动控制等。 （1）1#PLC与安装在提升机上的轴编码器配合，完成提升行程和提升速度的控制功能；操作PLC将外部信号（操作台面板上的选择开关信号，按钮信号，由保护PLC传来的信号及由上位机传来的信号）接收过来，按照预定的逻辑控制进行处理，并发出开车所需要的各种信号，使绞车按照预定的力图和速度图安全运行。PLC还对轴编码器发出的脉冲进行记数，并进行脉冲量化处理，间接检测计算出提升容器的行程S和速度Vf，并根据计算出的S、Vf和Vg对提升机进行监视保护。 （2）2#PLC与继电器构成双线制提升机安全保护回路，如图2所示。 来自提升机各部分的保护信号分为立即拖闸、井口施闸、电气制动和报警4类。其中井口施闸、电气制动和报警类事故信号直接引入到PLC中，PLC将其处理后送监视器显示故障类型并控制声光报警系统报警并拖闸，而立即拖闸类事故信号除引入到PLC中处理、显示、报警外，还直接引入到安全直动回路，动作施闸系统施闸。系统的安全回路有两套，一套由PLC构成，另一套为继电器直动回路。 2、可控硅加速柜 可控硅加速柜和以前的转子接触器在布线结构上一样，承担加速时的电阻切换，主要由晶闸管及其触发回路构成。与原有的基础器相比较，它具有无触点、功耗小、维修量小等优点，因而具有广阔的应用前景。 3、交-交变频电源柜 低频电源采用全数字交-交变频器和现代控制技术,解决了矿井交流提升系统在减速段的调速与爬行问题.减速阶段在各种负载条件下均可严格按照给定的速度图运行,使交流拖动系统在负力减速方式下达到直流拖动系统的调速性能、提高了了提升效率，而且节能效果十分显著。 （1）装置采用全数字交-交变频器和逻辑无环流控制技术，省去有环流系统的3个换流电抗器，具有体积小、噪音低、空载损耗小等特点； （2）减速段速度调节采用低频发电制动方式，将系统的动能反馈给电网。与动力制动减速相比，不仅调速性能好、减速与爬行自然过渡，而且节能效果显著； （3）采用现代智能控制技术实现速度闭环调节，负力减速阶段在各种负载条件下均可严格按照给定的速度图运行，使交流拖动系统在减速段已达到直流拖动系统的调速性能； （4）由于装置优良的调节性能和发电制动与电动状态的自然过渡，不需要进行任何主线路的转换。可实现正力减速与爬行、负力减速与爬行及验强等多种工作方式，在提升系统的最大静张力差允许范围内均能实现负力减速。能满足主、副井提升的所有控制要求； （5）装置采用多CPU计算机控制系统，在I/O接口、功能单元、信息存储和系统总线等多方面采用了容错设计；系统具有完善的自诊断功能，通过彩色液晶显示器可以显示各种故障信息（70余种）、速度图和系统运行参数等，提高了系统的可靠性和可维护性。 4、上位机监控部分 基于Windows操作系统，利用VB语言，自行开发了提升监控软件，一方面能使计算机在屏幕上实时动态反映提升机系统的所有运行参数和运行状态，如显示主回路、低压配电回路、提升系统、速度图、液压制动系统、装卸载系统和故障信息等画面，能使司机对提升机的运行状况一目了然，若发生故障，司机能及时从监视器上了解到故障类型及位置，及时通知维修人员排除故障；另一方面能使计算机自动判断出故障类型。计算机对提升机进行故障诊断时，对系统输入的所有信号用专家知识进行分析、推理，最后做出正确决策。整个故障诊断逻辑包括推理机构和知识数据库两大部分。为保证故障诊断结果的合理与正确，在决策的快速性和抗干扰能力方面作了重点考虑。 三、结束语 本电控系统除了具有《煤矿安全规程》要求的保护和闭锁功能外，还增加了软件的保护功能，提高了提升系统的安全性。由于运行故障率低，大大增加了有效提升时间，提高了矿井的提升能力。