基于S7—300PLC的井深自适应技术在矿山建井提升机中的应用

李俊强　封安波

摘 要：在现代矿井提升机控制技术基础上，利用西门子S7-300系列PLC的强大功能，提出了矿山建井工矿下的井深自适应控制思路，构建了建井提升机井深自适应控制系统总图，阐明了井深自适应技术计算原理，并依据中煤依兰三矿建井现场工矿，编制了井深自适应计算逻辑程序，部署实施方案，实现了该技术在建井现场的成功应用。

关键词： S7-300 PLC；矿山建井；井深自适应

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.250

0 引言

开凿井筒是新建矿山地下工程实施的第一步，也是矿山筹建的重要一环。建井提升机承担着提升物料和运送人员设备的任务，建井过程中，要面临地下水、岩石等复杂的地质条件，因此，对提升机控制提出了较高要求。在传统建井提升机控制系统中，多采用绕线交流电机配套TKD调速控制系统，提升机操控司机对当次提升行程只能通过井工人员反馈，并通过打点信号和定点视频影像做出判断并进行手动控制，存在加减速不平顺和停车位置不精准问题，提升质量和效率往往因人而异，凿井深度不断变化对司机应变存在考验。随着现代电力电子和PLC技术的不断发展和推广，目前建井提升机的驱动调速越来越多的使用变频器，操控和行程计算采用PLC技术，在此基础上，井深自适应技术的提出适逢其时。

1 矿山建井提升机控制系统总体结构

在图1中，提升机一般为单绳缠绕式提升机；电机多采用绕线式交流异步电机或鼠笼式交流异步电机；编码器为每周2048脉冲的高精度增量式编码器；主控采用西门子S7-300系列PLC；上位机安装有基于winCC设计的监控系统；操控台上设置有手柄及各种控制开关，且具有系统状态显示和故障告警指示功能；变频器接受主控PLC控制命令和速度给定信号实现对电机的变频驱动。

2 井深自适应技术计算原理

2.1 编码器单位脉冲米数计算

钢丝绳规则地缠绕于提升机滚筒上，滚筒直径约等于缠绕直径。增量式编码器安装于电机或滚筒轴端，跟随转动。如果编码器采用和滚筒直连方式，则滚筒转动一周，编码器生成2048个脉冲；如果编码器和电机直连或安装于其它机械部件上，则需考虑减速比。

假设，滚筒直径为，减速比为，编码器单个脉冲对应的米数为，则可得出下式：

2.2 提升机实时行程计算

假设提升机起动时，编码器脉冲数为，启动后编码器的实时脉冲数为，则可得出当前提升机的实时行程。

2.3 提升机实时速度计算

由于提升机实时速度不断变化，为提高计算精度采用了时间增量的概念，时间增量越小，计算精度越高。受限于PLC的中断时间，一般时间增量取200ms。假设，某个时间增量区间内起点脉冲数为，终点脉冲数为，则可得出实时速度。

2.4 井深自适应判断

假设，当提升容器位于井口齐平位置时，井深为，编码器脉冲数为零，提升容器自井口齐平位置下行，编码器随之转动，脉冲数不断增加。若将当前开凿井深定义为，提升容器下放至深度时，编码器生成脉冲数为。当开凿工程继续向下进行，开凿深度变为，对应编码器脉冲数为，此时，，。在PLC中，通過对比逻辑判断，将覆盖，成为新的井深值，寄存于数据块中。

2.5 速度运行曲线的自适应动态变化

建井提升机控制系统中，S7-300 PLC功能之一是生成运行速度曲线，运行速度曲线由加速、匀速、减速、爬行等四个阶段，分别由加速度、速度限幅、减速度和爬行速度来确定。下面，逐个分析其计算原理。

（1）加速度的确定。当开凿井深较小时，由于提升行程短，加速度赋值较小，随着井深的的不断增大，为提高提升效率，加速度也不断增大。本文中，将设计井深分为4个区间（对于超大井深可适当增加区间数），分别对应加速度、、、。

（2）速度限幅的确定。定义速度限幅为，设定一个合适的系数，与不断更新的井深值形成一定的比例关系。

（3）爬行速度的确定。定义爬行速度为，爬行行程为，一般建井工矿下，爬行速度可确定为，爬行行程根据井口装置状况进行确定。

（4）减速度的计算。定义减速度为，根据建井工矿确定减速点后，减速行程即可确定为，减速度的大小主要取决于速度限幅，因此可依据下式计算。

3 结语

井深自适应技术在矿山建井提升机上获得成功应用后，极大地简化了操作司机的手动操作步骤，缓解了司机的工作压力，显著提高了提升效率，从起停车稳定性、加减速平滑度、近井口爬行平稳性等方面相较于TKD调速系统有明显改善，另外，在提升机运行安全上也有较大改观。