柏乐
淮南矿业集团朱集东煤矿绞车队
摘要：PLC控制器简称可编程控制器，是工业现场控制时代发展的产物。PLC在工业现场的应用解决了继电器控制的弊端，通过编程设计与硬件相结合来实现现场逻辑控制。PLC在大型矿井提升机中的应用越来越广泛，因此研究PLC在提升机中的应用意义非常深远。
关键词：PLC 提升机 全数字行程控制
一、概述
煤矿提升电控系统作为矿井的提升起着至关重要的要素，因此电控系统决定提升的安全运行。淮南矿业集团朱集东矿副井电控装置采用上海华菱成套厂家的西门子S7-400+C30A双冗余控制系统，提升信号系统采西门子S7-300PLC控制。
二、提升电控系统
副井提升机控制系统通过西门子S7-400 PLC控制器，系统能够进行通过输入接口模块、计算模块进行采集信号、编码器数据处理。PLC控制器通过输出接口模块对外部执行机构的操作，PLC电控系统原理框图如图1所示。
矿井提升机PLC电控一般由以下四部分构成：
1、接口模块：主要是负责采集外部信号，通过传感器、PLC输入模块、光电隔离板等进行数据采集：如信号停止等
2、PLC控制器：作为PLC控制系统的核心部分主要对采集的信号进行分析、行程计算、速度检测等实现提升机速度及行程的控制从而控制提升容器能够正常停车、启动。
3、输出模块：即输出执行机构，经过PLC控制器通过接口模块来控制外部
执行机构进行输出信号，如：风机的启停、故障报警信号的发出等。
S7-400型可编程控制器其硬件主要由主处理器模块、输入输出模块、通讯模块、电源模块和编程设备组成，其重要的用途是：
1．根据输入模块、通讯模块与传动系统之间的信息，实现罐笼提升的安全监视和行程控制完成罐笼的安全运转。
2．对提升容器的运行状态进行过程控制，能够按照系统设计的程序来实现提升运行加、减速并以数字式和直线式在操作台数字多功能深度指示系统上直观显示。
三、 提升信号系统
提升信号装置主要负责向提升电控系统发送开车信号和停车信号，因此提升信号的安全主要性不言而喻。朱集东煤矿副井提升信号系统在车房、上井口、-906水平各安装一套提升信号装置，信号装置采用西门子S7-300 PLC进行控制。信号系统主要由车房PLC控制装置、上口信号操车设备、下井口信号操车设备、外部传感器线路等主要部分组成。提升信号负责采集各水平操车完成的状态及罐笼需要提升的方向及罐笼所需要运行的速度，同时由车房信号S7-300 PLC传送至提升电控控制系统。
《煤矿安全规程》中关于对信号提升装置的应用，根据现场实际情况设计信号系统设有热备简易信号。信号种类的选择有上口信号工在操作台上进行选择完成，提升信号指令具体含义："0表示停车"、"2表示快上"、"3表示快下"、"4表示慢上"、"5表示慢下"。提升信号操作流程如图2所示：以"信号2"指令为例（其他指令同理），信号发送必须收集上下井口的操车状态正常后，方可进行发送指令。
四、全数字行程控制
提升行程控制采用全数字行程控制对提升容器的动态运行进行监视同时采取井筒开关的固定深度位置对计算的距离进行校正。
1.速度、行程的计算设计
速度计算必须进行采样，通过对采样的脉冲周期和采样脉冲在一定周期的变化量进行计算。速度、行程计算公式如下：
2. 速度、位置监控及深度指示
（1）软件与硬件双冗余速度监控
速度控制就是对提升容器的实时运行速度进行检测，为了防止提升容器速度运行超出可控范围内的一种调节。为了确保提升容器的可靠运行，采用硬件与软件相结合的冗余保护装置。软件保护就是通过车房轴承的编码器计算得出实际运行速度与选择开关实际选择的开关速度进行比较，如果超过程序设定的范围，则系统保超速故障并采取制动措施。
《煤矿安全规程》第四百二十三条：超速保护有两方面的内容：一是提升容器在匀速段的超速保护，若提升容器运行的速度超过给定的选择最大速度15%，安全回路断电，且使制动器实施安全制动。二是减速点的超速保护，提升容器在减速段运行的速度超过规定运行速度的10%，安全回路断电且使制动器实施安全制动。三是提升容器的硬件点检测，如提升容器运行至井筒开关的硬件点时，由程序设计规定的硬件点速度与提升容器运行速度进行比较，如速度超过井筒开关的硬件点速度，安全回路断电，且使制动器实施安全制动。
因此，采用硬件与软件的冗余化设计可以确保提升容器在井筒的安全运行。如监测点故障或者井筒开关故障，不会导致速度失控，从而避免提升事故的发生。
（2）行程监控
提升容器行程监控主要深度指示器进行实时监控，如提升容器运行至减速点位置时，提升容器由PLC计算得出减速点位置进行发出报警信号提升操作人员进行密切注意容器运行位置，同时深度指示器显示提升容器运行至减速点1、减速点2、2m/s限速点、罐笼停车点1、罐笼停车点2的位置。如深度指示器失效，根据煤矿安全过程的要求及设计，提升容器必须能够报警并对制动器实施安全制动。
数字式行程控制主要原理：通过程序编程进行测量，现场采用编码器计算的方式计算，即在井底时脉冲数为负，提升时编码器向"0"的方向计数，其井筒实际深度计算算法：实际深度=编码器计算值*每个脉冲对应的长度，通过滚筒上的轴角编码器检测编码器传来的脉冲信号，经提升电控PLC计算处理后得到精确的罐笼位置。同时为满足控制性能的需要，提升电控系统采集脉冲的信号由三套独立的编码器，保证了系统运行的安全性。
煤矿副井提升是煤矿提升的重要关键环节，通过引入PLC为核心来对煤矿提升机的电气控制系统进行控制从而使得煤矿提升机的电气自动化水平控制效率与控制安全性都大为提高。
参考文献
[1] 顾国兴. 基于PLC矿井提升机控制系统设计[D].辽宁科技大学,2016.
[2] 周畅. 刘桥一矿副井提升机电控系统设计与应用[D].合肥工业大学,2010.
[3] 李明河.可编程控制器原理与应用. 合肥：合肥工业大学出版社，2008.12
论文作者:柏乐
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/26
标签：信号论文; 容器论文; 速度论文; 罐笼论文; 系统论文; 井筒论文; 行程论文; 《中国西部科技》2019年第22期论文;