非煤矿山提升系统PLC保护措施

程帅

摘 要：我国经济的快速发展，加速了我国对于矿产资源的需求，在矿石的开采过程中，矿井提升机被称为矿山的咽喉，是矿山采矿最重要的进出设备，矿山提升机的安全性与可靠性直接影响着矿山开采的安全，对于矿山的正常开采有着十分重要的意义。为提高矿山提升机的安全性，通过将矿山提升机与PLC相结合，在改造矿山提升机传动系统的基础上提高矿山提升机的安全性与可靠性，文章将在分析PLC的控制与保护系统的基础上对PLC在矿山提升机中的应用进行分析阐述。

关键词：矿山提升机；PLC安全；保护措施

前言

矿山提升机是一种应用在矿井生产中的大型关键性设备，是构成矿山开采设备中的重要一环，主要用于升降人员和设备，是沟通井下与地表生产运输设备的关键性设备，因此，提高矿山提升机的安全性与可靠性有着十分重要的现实性意义。原有的矿山提升机虽然也采用了一些保护措施，但是由于矿山提升机所使用的现场环境十分复杂、恶劣使得矿山提升机所采用的保护措施无法达到其预期效果，使得矿山提升机的生产安全事故时有发生，严重影响了矿山的正常生产。利用现代电子技术与矿山提升机相结合，提高矿山提升机保护措施的电子化、信息化程度，有效地提高矿山提升机的使用可靠性与安全性是现今乃至今后一段时间矿山提升机保护措施发展的重点。

1 礦山提升机的分类及组成

矿山提升机主要由机械和电气两大部分组成，其中机械部分主要是由减速器、井架和装卸机构等组成，而电气控制部分主要由电动机、电控系统和制动部分等组成。我国对于矿山提升机的分类主要依据的是提升机的类型，可以将其分为缠绕式提升机和摩擦式提升机两大类。矿山提升机是一种在矿山开采中应用较多的设备。

2 矿山提升机的后备保护

在矿山提升机中本身设计有一定的保护措施，但是由于矿山提升机恶劣的现场使用环境以及监控方法和手段的不足导致矿山提升机中的保护措施无法达到预期的效果，为提高矿山提升机的可靠性与安全性，在原有基础上增加一套后备保护装置是行之有效的措施。其中后备保护主要具有：显示功能（速度、深度等）、保护功能（超速保护、自动减速、减速段保护以及深度指示器失效保护等）。

3 PLC与矿井提升机相结合提升保护措施

通过将PLC应用于矿井提升机中可以实现对于矿井提升机的控制与保护监视控制。通过使用PLC可以实现矿井提升机按照预定的力图和速度图安全的运行，并根据需要进行相应的运动。PLC在矿井提升机的监视保护功能主要有：超速监视、过卷监视、实时速度监视、过载监视等，当监视的对象发生故障时则及时通过报警回路报警并控制抱闸停车实现对于矿井提升机的保护。

4 矿井提升机中的PLC保护控制

矿井提升机的PLC监控保护主要实现的是逻辑操作控制以及安全故障保护等两个方面的内容。PLC操作控制通过对监视接收到的信号进行相应的逻辑运算并根据运算结果输出相应的信号从而产生控制指令：如高压合闸、快开合闸、磁场合闸等，在保护方面，PLC通过对接收到的信号进行逻辑运算和判断，最后处理为：立即抱闸、提升到位抱闸、电气制动和报警等四类。PLC的集成度、可靠性高，在现代矿井提升机保护系统中应用较多。矿井提升机的后备保护主要实现的是对电动机、卷扬机和相关机构的检测，从而实现对于矿井提升机的保护。

4.1 矿井提升机的安全保护回路

在矿井提升机中，安全回路对于矿井提升机的安全保护十分重要。总的来说矿井提升机的故障处理主要有三种方式：（1）故障信号报警。（2）事故停车报警。（3）紧急停车。同时为了更好地确保矿井提升机的安全，在安全回路中采用的是双线制安全保护回路，确保不论是在提升机或是安全回路本身发生故障时都能及时地实施安全制动。

4.2 矿井提升机故障保护的PLC实现

矿井提升机运行过程中的监视最主要的是需要实现对于行程终端的监视，即减速段超速和过卷监视等。（1）过卷监视主要集中在硬过卷和软过卷两个方面，硬过卷是对于井筒行程开关进行检测，软过卷是控制系统根据绞车行程脉冲计算出的行程值和提升高度值进行对比，超出即进行报警，软、硬两种过卷监控共同实现对于矿井提升机绞车的安全保护。（2）在以往的钢丝绳滑动监视中依靠的是导向轮和传动控制器上所安装的测速机来实现对于钢丝绳的监视，随着数字技术的发展，现今的矿井提升机控制系统可以通过分别对安装在主滚筒和导向轮上的轴编码器信号进行检测来实现对于钢丝绳滑动的控制。（3）超速监视依靠的是在等速段对矿井提升机的运行速度进行检测，如超出最大速度15%则进行超速报警，并及时地对矿井提升机进行制动。通过在电机中使用编码器实现对于电机的速度与位置的控制。（4）矿井提升机安全保护中的方向监视依靠的是方向继电器，当对方向继电器设置一个转向时，提升机需要按照此方向运行，如果提升机按相反的方向运行则测速机的电压极性相反从而使安全回路动作。矿井提升机的安全保护中还有离站监视、停车监视以及速度调节器解锁监视等。

4.3 矿井提升机PLC保护系统硬件组成

矿井提升机PLC保护系统由电源模块、CPU模块、I/O模块以及通讯模块等组成，电源模块将输入的交流电压转换成24V直流电压实现对于后续模块的供电，CPU模块主要用于控制总线上模块之间的数据传输与执行用户程序，输出模块主要实现的是将内部信号电平转换成控制系统所需要的外部电平信号，输入模块则相反。A/D模拟信号输入输出模块则实现将外部模拟信号（电压、电流、速度、温度）等转换成数字电平信号。通信模块主要实现的是与上位机的通信，将PLC通过各类传感器所采集到的信号传输给上位机，由上位机根据程序进行相应的逻辑运算。

4.4 矿井提升机PLC保护程序的编制

西门子PLC主要将用户程序存放于已经编制好的“软件模块”中，其软件模块主要有：组织块（OB）、功能块（FB）、功能块（PC）、数据块（DB）等，根据矿井提升机操作保护系统的要求，在“软件模块”的选择上用户可以选择OB100、OB1、OB35、FC1、FC5、FC91、C92以及DB1、DB2等。其中，FC0、FC1和DB1、DB2等几个程序模块实现计数模块的脉冲计数任务，并将计数完成后的数值存储在DB模块中，用以实现CPU模块和计数模块之间的数据传输。FC5子程序块用来对输入到PLC中的操作信号和运行状态信号等进行逻辑处理及闭锁。FC91程序模块用来对输入到PLC中的模拟量进行处理。FC92、FC93、FC94等程序模块对输入到PLC中的故障保护信号进行存储和相应的逻辑处理，并依次进行相应的故障处理。OB100为PLC上电启动组织块，仅在系统上电启动后运行一次，在以后的程序循环中不再执行。

5 结束语

矿井提升机是矿山的咽喉，是连接井下与地表的重要通道，做好对于矿井提升机的安全保护对于保护职工的生命及财产安全有着十分重要的意义，传统的矿井提升机的保护措施在可靠性与安全性方面都有所不足，将PLC与矿井提升机结合提升矿井提升机安全保护的数字化应用水平，提高矿井提升机保护措施的可靠性与安全性。文章在分析矿井提升机工作原理的基础上对PLC在矿井提升机安全保护中的应用进行了分析阐述。

参考文献

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[2]闰广，王公华，等.PLC在矿井提升机信号及综合保护系统中的应用[J].工矿自动化，2002，3.

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