摘要：本文首先详细介绍运用编码器装置测量该装置速度实际运行速度的原理，通过S7-1200PLC对该实际速度脉冲频率进行采集和数据处理，根据运送人员数量的变化，在线读取实际运行速度的脉冲数值，控制调节变频器输出频率，实现根据实际负载情况进行动态调节运行速度，完成该装置的高中低三级速度调节。然后把相关控制量分别组态到触摸屏和地面上位机上，同时实现了现场监控和远程控制，形成一套速度调节远程控制系统。
关键字：架空乘人装置；S7-1200PLC；变频器；编码器
0引言
煤矿架空乘人装置是井下人员运输的主要工具之一，其主要功能是实现煤矿井下人员的输送，从而缩短人员下井后到达作业现场的行程时间，减少人员爬坡或长距离行进中的体力消耗。该装置一般通过液压马达传动液压系统进行驱使装置运动，根据实际运行需求，可通过改变频率器输出频率，进而调整液压系统压力改变运行速度。为满足煤矿三班制人员输送需求:满载,当上下班高峰时，乘坐人员基本达到上线人数，此时运行速度较慢。正常情况.一般情况下，人员不是很多情况下的运行。空载,一般为了试运行或者维修吊椅，或者用于偶尔有个别人员的乘车情况，同时实现远程监控，本文设计以了一套速度调节远程控制系统。
1整体设计思路
通过编码器采集装置实际运行速度脉冲，当负载变化时，采集脉冲个数会变化，设定当过载到一定程度时，速度测量频率低于设定值P0，通过plc控制调整变频器输出频率f0，提高液压驱动力，提升装置运行速度。当装置空载运行时，速度测量频率高于P2，通过PLC控制调整变频器输出频率f2，降低液压驱动力，降低装置运行速度。当装置实际运行的速度P1（P0<P1<P2）时，通过PLC控制调整变频器输出频率f1（f2<f1>f0）装置正常速度运行。通过本设计不仅提高满载运行时的人员输送效率和节约空载时电能消耗，并且通过上位机和触摸屏实现实时运行状态监控功能。
2编码器测速方法及工作原理
本装置采用的BQH24矿用本安型编码器是一种旋转增量式多通道编码器，在此用其中A相通道，其输出脉冲是2000个，即每转一圈产生2000个脉冲。装置实际运行速度即为钢丝绳的运行速度，钢丝绳与托绳轮同步运动，而编码器与托绳轮通过机械设计组成同轴转动装置，装置实际运行的速度v与读取脉冲之间的转化公式如下[1]。
（N÷t÷2000）×D×π=v（公式1）
N：t时间内采集的脉冲个数（通过编码器采集，例如P0、P1、P2）；
t：采集N个脉冲的时间；
（N÷t÷2000）：为t时间内托绳轮转动的圈数；
D：托绳轮的直径；
v：系统运行的实际速度(钢丝绳速度)。
由上面公式可知：一般先设定采集脉冲的时间，不宜过长或过短。过长时，当出现速度故障时，在一个采样周期才能报警，这样潜在的危险很大；过短时，测量速度不够精确，且测量值变化太快。经过调试在PLC程序内设置采集脉冲时间t=1s。
3PLC设计
3.1高速脉冲端口设置
本装置采用西门子S7-1214DC/DC/DC型号CPU作为核心控制器，其自带14点输入/10点输出，在此分配的物理地址为IB0、IB1/QB0、QB1。经过验证该CPU集成的输入点读取频率已经不能读取此编码器的脉冲频率，因此开启了集成I/O高数脉冲端口属性，在此选用输入点I0.2，在软件组态方面，选择高速计数器HSC2，并完成计数类型、工作模式、频率测量周期、起始地址等功能设置。
3.2变频器与PLC的连接和设置
本系统采用西门子MM440变频器实现装置的三级速度调节，PLC与变频器的简要电气接线示意图如图1所示。
为了增加可靠性，PLC的输出通过三个中间继电器实现与变频器信号的连接。本装置以某煤矿的需求为背景，为满足实际需求，当编码器采集实际运行速度的频率为P2，DIN1端子与变频器的24V（端子9）连接，对应频率35Hz，当编码器采集实际运行速度的频率为P1，DIN1端子和DIN2端子同时与变频器的24V（端子9）接通时对应频率是40Hz，当编码器采集实际运行速度的频率为P0时，DIN1、DIN2、DIN3端子同时连接，对应45Hz，满足满载、正常、空载需要。
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图1电气接线示意图
3.3程序设置
本系统PLC硬件组态和软件编程在TIAPortalV13设计实现。在硬件组态时，设置启动CPU高速脉冲计数点I0.2属性，软件平台编程一般采用模块的方式，在编码器测速的这个模块中。
对应上述公式可知，程序段2中MUL功能块中的IN2是根据现场轮子直径以及单位换算得出的数据，DIV功能块中的IN2是编码器的额定输出脉冲值2000。显然最终MD4304得出的值即是以m/s为单位的测量速度大小。
另外，程序内还要设置高于或低于MD4300值的20%作为报警的最大上下界限，显然不是参考MD4304的20%，并在此范围内进行三级的调速控制，即在整个过程中，速度保护是投入的，彼此之间的数值关系需要现场进行精确调试，把上下线的设置和高中低档频率的设定进行综合考虑。
4现场监控和远程控制
现场监控通过触摸屏实现。触摸屏选用型号为PT070-4BF-T1S，其主要实现运行信号以及参数的现场监视和设置。PLC与触摸屏的以太网通信连接，在PMDesigner软件上设置通信途径，并组态相关功能静态主画面。
静态画面主要的组态对象有装置的操作方式，工作方式油压站相关参数，以及五大基本保护[2]，以及报警表格，同时记录每次的启动和停车原因，并显示当前运行和剩余运行时间等，并分别组态速度上下线。
通过组态上位机软件实现远程控制。使得调度室能够时刻准确掌握装置运行状况。本设计上位机开发是在WINCC7.2版本的基础上实现的，可以直接与S7-1200PLC进行数据交换，避免了通过OPC的繁琐过程。本部分不仅组态系统详细的功能，还通过数据库，实现对故障的记录和查询等功能。同时集合程序实现三级速度调节的优先级控制。
5结语
本文详细阐述了利用编码器测速的工作原理及数据处理，同时介绍与变频器的连接，实现三级调速，主要解决在上下班高峰时人员运输效率降低的问题。最后通过触摸屏和上位机组态监控画面，实现就地和远程监控功能。目前随着运输人员个数的不确定性，要求更高精确和经济的控制。如果在PLC中调用PID功能模块，这样既搭建系统简单又能实现装置优化控制，从而实现节能调速控制，因此在架空乘人装置自动控制系统利用PID电机调速原理具有一定的现实意义和可操作性。
参考文献
[1]高俊峰.基于PLC的矿井架空乘人装置自动控制系统设计[J].煤炭技术,2014,(09):226-228.
[2]高俊峰，雷天华，金敏.基于S7-1200PLC的煤矿架空乘人装置自动控制系统[J].煤矿机械,2014,(11):224-226.
论文作者:高俊峰,桂鹏,刘志辉
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/16
标签：装置论文; 编码器论文; 脉冲论文; 频率论文; 速度论文; 变频器论文; 组态论文; 《电力设备》2019年第20期论文;