摘要：传统的提升机单PLC控制系统存在速度控制性能较差、不易操作等缺点。针对这一现状，提出一种基于多PLC变频控制和低频制动的控制方案，并对其进行分析。
关键词：PLC；变频调速；低频制动
0 引言
随着国家矿山工业的发展，矿井提升机作为矿山的咽喉，是矿山最重要的关键设备，是地下矿井与外界的唯一通道，肩负着矿石、物料、人员等的重要运输责任。对提升机来说，运行的安全性与可靠性是至关重要的。本文采用多PLC控制方式，采用现场总线方式，在操作台配置两套S7-Smart1200系列PLC，其中一套为主PLC控制，另一套为监控PLC，在变频柜、低频柜中各配置一套PLC，增强了系统的稳定性。此外，增加了低频制动，实现提升机的平稳制动。
1 系统总体框架
本系统有操作台（主PLC和监控PLC）、高压开关柜、切换柜、变频柜、低频柜、变压器、编码器等组成。系统结构如图1所示。
图1 矿井提升机控制系统结构
采用现场总线PROFIBUS-DP方式，有利于系统的维护。此外，监控PLC系统起到对系统的速度、深度、档位等重要数据进行监控。
2 控制系统硬件设计及系统实现功能
结构为桌式操作台，符合人体工程学设计，能满足操作方式选择、信号显示、运行状态显示、故障显示及报警等要求，并具有打印记录功能，确保设备安全运行。操作台上装有指示灯、仪表、选择开关、控制手柄、闸控手柄、按钮、声响设备等；能实现提升机运行的各种控制工艺的要求。内置辅控PLC采用与主控PLC总线通讯的方式，做到任何操作和显示均为双线。仪表主要显示的内容：数字式深度指示器、提升速度、制动油压、可调闸电流、电源电压等。指示灯的内容包括：提升机及附属设备运行状态指示、信号指示和安全状态指示两大类。
选择开关及按钮包括：运行方式选择开关、过卷复位开关、自锁式紧急停车按钮等。指示灯、按钮、选择开关应有备用。
2.1控制系统硬件设计
全数字交-直-交变频调速系统采用原装ABB公司ACS2000系列变频调速装置，四象限运行、具有闭环控制功能，完成提升机的加速、等速、减速运行的自动调节，具有过流、过压、欠压、过速等保护功能。利用档位编码器高速计数功能，FM350-2高速计数模块进行处理，经主PLC数据传输到从PLC，通过SM332模拟量输出，实现无级调速。
采用VACON变频器，作为特殊的低频电源，在保持输出频率不变的情况下，根据外部控制信号的要求和实际的运行速度，控制输出电压的大小，实现了矿井提升机高压电机减速段的平稳制动和稳定爬行。
在变频与低频的切换过程中，必须有切换柜，不只是有电气互锁，更要有机械互锁，保证变频与低频不能同时工作。高压柜采用VS1高压断路器，带有微机保护等仪表，保证了电源的可靠性与稳定性。
2.2控制系统保护及连锁功能
（1）上过卷、下过卷保护，在离井口安全处和离井底一定距离处分别装上霍尔常开型接近开关，当矿车由于故障或操作员失误，矿车越过安全线时，传感器动作，同时 PLC 控制安全回路动作，实现对提升系统的保护，并伴随有声光报警。
（2）松绳保护：用一根细丝和一个常开型开关，在钢丝绳下放一定距离垂直钢丝绳方向处架起，当矿车在缓道上行走，而电机下放速度过快时，就会出再松绳现象。此时，钢丝绳下沉，压下开关，此时声光报警，显示屏上显示故障信息。操作员应该及时降速或停车。
（3）过载保护：热继电器常闭触点串接于安全控制回路，当电机因负载过重，电机堵转等故障而使负载转矩增大时，热继电器动作，常闭触点断开，使安全回路动作，保护提升机不受损坏。
（4）当提升过程中发生润滑油压力过高、过低，润滑油滤油器或液压站滤油器堵塞或油温高时，监视屏上有相应的故障信息显示，点亮相应信息灯，告知操作员可以完成本次提升工作，当故障解除后才允许司机进行下一次提升工作。
（5）当提升机因发生故障在中途停车，而且提升容器位于减速段行程内时，排除故障后允许司机按上次开车方向选择开车，并且只能低速开车；若提升容器不在减速行程内，由井口发出开车信号，允许司机高速开车。
（6）全矿停电时，由 PLC 保证提升机能实现安全制动，并做好提升机的后备保护。
（7）盘式制动器的工作制动力矩可调，紧急制动（安全制动）能产生二级制动，避免机械冲击。
3控制系统软件设计
软件部分主要是由上位工控机程序和PLC软件组成，上位工控机程序主要由WINCC6.2组态软件来完成。软件控制是提升机调速控制的灵魂。PLC 系统控制软件由主程序和中断子程序构成，并集成了 PLC 故障处理功能，能够有效的避免许多干扰因素的影响，确保提升机调速电控系统的有效运行。本系统软件部分由STEP7 V5.4实现，完成了提升机变频控制系统各种情况的巡检和控制。图2为控制流程图。
图2数字化矿井提升机控制系统主程序流程图
基于多PLC变频控制和低频制动的数字化矿井提升机控制系统上位机组态了提升机运行状态，将提升机的整个过程显现在触摸屏和上位机。图3为组态监控画面。
图3 数字化矿井提升机控制系统监控图
参考文献：
[1]冯树旭.矿井提升机控制系统设计[D].中南大学，2005.
[2]潘英.矿山提升机械设计[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001.
[3]李宝荣.矿井提升机PLC控制系统的研究[D].科学之友，2011.
作者简介：
姓名：王海锋（1983—）， 男，山东单县人，工学硕士，研究生，山东济南。研究方向：电气工程及其自动化。
张玉乔（1985—）， 男，山东日照人，工学硕士，研究生，山东日照。研究方向：控制理论与控制工程
论文作者:王海锋1,张玉乔2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
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