PLC技术在矿井提升机电控系统中的应用

赵彩霞

摘 要：矿井提升机是煤矿企业的较庞大而复杂关键机电设备，对矿井的安全、稳定生产起着极其重要的作用。而控制系统是提升机的关键组成部分，决定着整个电控系统的稳定性和有效性。该文结合PLC技术提出了一种煤矿提升机电控系统的设计方案，介绍了PLC技术在矿井提升机中的功能与应用原理，对于矿井提升机电控系统的设计与改造具有现实的指导意义。

关键词：矿井提升机 PLC 电控系统

中图分类号：TD564 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（a）-0080-01

矿井提升机是矿井提升设备中最重要的组成部分，是联系矿井井下和地面的重要生产设备，在矿井生产中占有极其重要的地位。目前，我国矿山使用的提升机可分为两大类：单绳缠绕式提升机和多绳摩擦式提升机。《煤矿安全规程》对煤矿提升设备规定了尤为严格的要求，所以电控系统的可靠设计是非常关键的。目前，我国绝大部分矿井提升机仍旧采用传统的交流提升机电控系统，这类控制系统是由继电器逻辑电路、大型空气接触器、测速发电机等组成的有触点控制系统。经过多年的使用和发展，此类提升机电控系统已经形成了自身独特的特点。然而其不足之处也很明显，其缺陷是继电器种类繁多、电气接点过多、接电线路过于复杂及人工操作，这就造成了该电控系统安全性、可靠性差、控制精度低，提升机故障率高。采用可编程逻辑控制器（PLC）的新型电控系统取代传统的继电器逻辑控制系统，代替了原系统中大量的继电器等硬件，改由软件来实现其各项功能，克服了传统电控系统的缺陷，提高了系统的可靠性和稳定性，大大改善了煤矿提升机设备的工作性能。目前该新型控制系统已较成功的应用于矿井提升实践。

1 PLC简介

可编程控制器（PLC）是一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制计算机，它不但代替了继电器控制盘，而且还可以进行逻辑控制、过程控制、数据采集等综合控制，是专为在工业环境下应用而设计的。PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。根据PLC的硬件结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。如图1所示为PLC模块式硬件配置。PLC特点鲜明，应用性强、抗干扰能力强、可靠性高，而且编程直观简单，功能完善，在逻辑控制方面的应用优势非常明显。

煤矿提升系统是煤矿生产过程的关键环节，保证煤矿提升机的正常运转至关重要。本设计方案就是利用PLC技术在改善控制系统性能方面的强大优势，将PLC技术合理地应用到矿井提升机电控系统中，优化电控系统的工作性能和工作效率，为煤矿企业的安全稳定生产提供有效的保证。

2 矿井提升机控制系统结构设计

（1）硬件结构组成

矿井提升机一般由电动机、减速器、主轴装置、制动装置、深度指示器、电控系统、润滑系统及操纵台组成。提升机设备的安全可靠运转直接关系到矿井的正常生产和工作人员的生命安全，所以《煤矿安全规程》中对于提升机控制系统的应用提出了严格的要求。基于PLC的矿井提升机电控系统主要由提升信号系统、提升监测系统、提升速度控制系统、PLC主控单元、安全保护系统组成。该电控系统能完成矿井提升机工作过程中的各种控制操作，并能对提升机的整个工作过程进行实时动态监测，保证提升系统的安全可靠运行。该系统组成框图如图2所示。

（2）控制过程

方案选用C60P-CDR型可编程控制器主机及控制器扩展机作为电控系统的主控单元，该PLC为60点的输入、输出容量和8路的输入、输出数字量，内存为4K，能够满足煤矿提升机自动循环提升的控制要求。PLC主控单元是该电控系统的控制核心，通过PLC的信号输入模块采集接收各外设控制开关或传感器检测到的工作信号，然后经过其CPU模块的逻辑运算处理后，以模拟量信号形式输出开关指令，使相应的速度控制系统、高压换向器、制动回路、安全保护系统等外部被控对象做出动作，完成提升机的加速、等速、减速、爬行、制动、停车等工作过程的控制。

根据提升机的工作流程，该电控系统具体控制过程如下：

①制动回路的控制。一开始，制动回路始终处于断开状态，只有当回路中所有触点都正常闭合时，才会执行开车命令。当井下发出提升信号后，控制系统首先进行自检，检测是否符合开车运行条件等状态。如果发现不正常状态，及时进行安全报警提示，便于操作员进行及时处理。若系统一切正常，则解除安全制动，闭合所有回路触点，提升容器就会按照事先设定的程序进行动作，完成提升过程。

②行程位置的控制。在提升机主轴上安装一个光电编码器，光电编码器产生的脉冲信号与部分操作信号及设定的相应参数结合起来进行计算，经过PLC的高速计数，自动转化生成提升机的位置数据，并会在提升容器相应的位置发出开关信号。同时计数脉冲值会传送到PLC内部高速计数器的存储单元，通过深度指示器实时显示提升容器在井筒中的位置，以便于提升机操作人员实时掌控提升容器在井筒中的运行状态。在PLC程序中和深度指示器上还分别装有过卷开关，当发生过卷情况时，过卷开关会立即切断安全保护回路，实施紧急制动。

③提升机速度自动控制。该电控系统的测速电机输出电压与主电机的速度成正比关系，通过PLC自动控制测速电机的电压信号，以达到对提升机速度的自动控制。同时根据光电编码器的脉冲反馈信号计算出提升容器在任意时刻的运行速度，PLC单元对各关键速度点进行开关控制。深度指示器上装的限速装置会在提升容器到达终点停车位置前的减速阶段，将提升机速度限制在2 m/s。

④故障检测控制。在提升过程中，系统会时刻监视各设备的运行参数，进行故障监测和分析，一旦发现有故障发生，安全保护PLC模块会立即发出信号或做出相应紧急控制，确保提升机能够稳定可靠的投入工作运行。endprint

3 提升机电控系统软件程序设计简介

根据提升机系统的工作要求，软件系统的设计要保证稳定的完成如下功能过程：（1）提升机的正反转；（2）提升机的起动、加速、等速、减速、爬行及停车等；（3）根据需要控制提升机的速度；（4）根据工况选择不同的操作方式，控制运行状态。在提升机的运行过程中，运行状态监视及故障检测系统要完成如下功能：①监视运行状况，显示各种状态；②检查各装置、各环节运行是否正常，判断故障类别；③根据故障类别，分别采取相应措施。（5）结束运行。系统控制流程图如图3所示。

4 PLC技术在矿井提升机中的应用优势

采用PLC技术设计矿井提升机电控系统，不仅提高了矿井提升机的控制水平，而且使矿井提升机整体的自动化程度有了很大的提高。（1）PLC作为系统控制核心来实现主要逻辑控制，灵活性强、控制功能多，且控制精度高、扩展功能强，先进性有较大提高。（2）PLC输入输出均带有光电隔离等抗干扰和过载保护措施，自诊断机制灵敏，可靠性高。（3）由软件程序指令来代替传统的继电器硬件实现提升机各项功能，便于修改校正运行参数，实现了柔性控制。④自动化的设计减轻了操作人员的劳动强度，提高了生产效率，保证了煤矿企业的稳定高效生产。

5 结语

该文主要论述了在矿井提升机的电控系统中用PLC控制器来代替继电器控制系统的可行性和必然性，简要地介绍了PLC技术在电控系统中的结构组成、软硬件设计和控制原理。结果表明，PLC技术在煤矿提升机电控系统中的应用表现出极大的优越性，实现了矿井提升机电控系统的自动化控制，有效地提高煤矿企业的生产效率和经济效益，提升了煤矿企业的自动化、现代化管理水平。

参考文献

[1] 国家安全生产监督管理局编.煤矿安全规程[M].煤炭工业出版社，2011.

[2] 蔚彩蓉.PLC在矿井提升机控制系统中的应用[J].煤矿机械，2005（1）：112-113.

[3] 贺志芳.浅谈PLC在矿井提升机上的应用[J].科技信息，2010（8）.

[4] 李善林.PLC技术在煤矿提升机电控系统中的应用[J].煤炭技术，2013（5）：18-20.

[5] 徐成毅.基于PLC的矿井提升机控制系统设计[Z].2008.

[6] 索楠，马春燕，李永刚.基于PLC的矿井提升机控制系统的设计[J].机械工程与自动化，2012（2）：139-140.

[7] 钟肇新，范建东.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，2005.endprint

3 提升机电控系统软件程序设计简介

根据提升机系统的工作要求，软件系统的设计要保证稳定的完成如下功能过程：（1）提升机的正反转；（2）提升机的起动、加速、等速、减速、爬行及停车等；（3）根据需要控制提升机的速度；（4）根据工况选择不同的操作方式，控制运行状态。在提升机的运行过程中，运行状态监视及故障检测系统要完成如下功能：①监视运行状况，显示各种状态；②检查各装置、各环节运行是否正常，判断故障类别；③根据故障类别，分别采取相应措施。（5）结束运行。系统控制流程图如图3所示。

4 PLC技术在矿井提升机中的应用优势

采用PLC技术设计矿井提升机电控系统，不仅提高了矿井提升机的控制水平，而且使矿井提升机整体的自动化程度有了很大的提高。（1）PLC作为系统控制核心来实现主要逻辑控制，灵活性强、控制功能多，且控制精度高、扩展功能强，先进性有较大提高。（2）PLC输入输出均带有光电隔离等抗干扰和过载保护措施，自诊断机制灵敏，可靠性高。（3）由软件程序指令来代替传统的继电器硬件实现提升机各项功能，便于修改校正运行参数，实现了柔性控制。④自动化的设计减轻了操作人员的劳动强度，提高了生产效率，保证了煤矿企业的稳定高效生产。

5 结语

该文主要论述了在矿井提升机的电控系统中用PLC控制器来代替继电器控制系统的可行性和必然性，简要地介绍了PLC技术在电控系统中的结构组成、软硬件设计和控制原理。结果表明，PLC技术在煤矿提升机电控系统中的应用表现出极大的优越性，实现了矿井提升机电控系统的自动化控制，有效地提高煤矿企业的生产效率和经济效益，提升了煤矿企业的自动化、现代化管理水平。

参考文献

[1] 国家安全生产监督管理局编.煤矿安全规程[M].煤炭工业出版社，2011.

[2] 蔚彩蓉.PLC在矿井提升机控制系统中的应用[J].煤矿机械，2005（1）：112-113.

[3] 贺志芳.浅谈PLC在矿井提升机上的应用[J].科技信息，2010（8）.

[4] 李善林.PLC技术在煤矿提升机电控系统中的应用[J].煤炭技术，2013（5）：18-20.

[5] 徐成毅.基于PLC的矿井提升机控制系统设计[Z].2008.

[6] 索楠，马春燕，李永刚.基于PLC的矿井提升机控制系统的设计[J].机械工程与自动化，2012（2）：139-140.

[7] 钟肇新，范建东.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，2005.endprint

3 提升机电控系统软件程序设计简介

根据提升机系统的工作要求，软件系统的设计要保证稳定的完成如下功能过程：（1）提升机的正反转；（2）提升机的起动、加速、等速、减速、爬行及停车等；（3）根据需要控制提升机的速度；（4）根据工况选择不同的操作方式，控制运行状态。在提升机的运行过程中，运行状态监视及故障检测系统要完成如下功能：①监视运行状况，显示各种状态；②检查各装置、各环节运行是否正常，判断故障类别；③根据故障类别，分别采取相应措施。（5）结束运行。系统控制流程图如图3所示。

4 PLC技术在矿井提升机中的应用优势

采用PLC技术设计矿井提升机电控系统，不仅提高了矿井提升机的控制水平，而且使矿井提升机整体的自动化程度有了很大的提高。（1）PLC作为系统控制核心来实现主要逻辑控制，灵活性强、控制功能多，且控制精度高、扩展功能强，先进性有较大提高。（2）PLC输入输出均带有光电隔离等抗干扰和过载保护措施，自诊断机制灵敏，可靠性高。（3）由软件程序指令来代替传统的继电器硬件实现提升机各项功能，便于修改校正运行参数，实现了柔性控制。④自动化的设计减轻了操作人员的劳动强度，提高了生产效率，保证了煤矿企业的稳定高效生产。

5 结语

该文主要论述了在矿井提升机的电控系统中用PLC控制器来代替继电器控制系统的可行性和必然性，简要地介绍了PLC技术在电控系统中的结构组成、软硬件设计和控制原理。结果表明，PLC技术在煤矿提升机电控系统中的应用表现出极大的优越性，实现了矿井提升机电控系统的自动化控制，有效地提高煤矿企业的生产效率和经济效益，提升了煤矿企业的自动化、现代化管理水平。

参考文献

[1] 国家安全生产监督管理局编.煤矿安全规程[M].煤炭工业出版社，2011.

[2] 蔚彩蓉.PLC在矿井提升机控制系统中的应用[J].煤矿机械，2005（1）：112-113.

[3] 贺志芳.浅谈PLC在矿井提升机上的应用[J].科技信息，2010（8）.

[4] 李善林.PLC技术在煤矿提升机电控系统中的应用[J].煤炭技术，2013（5）：18-20.

[5] 徐成毅.基于PLC的矿井提升机控制系统设计[Z].2008.

[6] 索楠，马春燕，李永刚.基于PLC的矿井提升机控制系统的设计[J].机械工程与自动化，2012（2）：139-140.

[7] 钟肇新，范建东.可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，2005.endprint