PLC在矿井提升机中的应用实践

PLC在矿井提升机中的应用实践
发表时间：2019-12-23T10:12:15.473Z 来源：《电力设备》2019年第17期作者：张贵良
[导读] 摘要：西石门铁矿1#副井是全矿人员、物料运输的咽喉要道，提升机一旦出现故障，轻则影响生产，重则发生事故造成人员伤亡。

（鞍山五矿陈台沟矿业有限公司辽宁省鞍山市 114000）
摘要：西石门铁矿1#副井是全矿人员、物料运输的咽喉要道，提升机一旦出现故障，轻则影响生产，重则发生事故造成人员伤亡。

1#副井提升机以前使用继电器控制系统，后改为西门子S7-300型PLC电控系统。

关键词：提升机；西门子PLC；电控系统；安全保护
1 西门子S7-300型PLC简介
西门子S7-300型PLC是模块化结构设计，采用循环执行用户程序的方式[1]，工作过程可分为输入、执行用户程序、处理通讯请求、自诊断扫描、输出五个阶段，完成一个扫描周期后，重新执行上述过程。

2 PLC在1#副井的应用
2.1 电控系统故障的判断查找
PLC电控系统与WINCC组态软件配合使用，可以通过上位机监控画面系统[2]，把PLC中硬件、软件及安全回路等工作状态直观的在监控画面中显示并保存记录，便于技术人员及时观察PLC的运行情况，判断排除电控故障。

2.2 轻、重故障安全回路
安全回路在提升电控系统中起着至关重要的作用。

安全回路里串联着多项安全保护，当提升机出现故障或异常，可以通过断开安全回路中的某一项保护，使安全回路继电器失电，对提升机安全制动。

安全回路分为重故障和轻故障两种类型，重故障安全回路包含过卷、操作台急停、制动站超压、等速过速、定点保护、错向保护、传动故障、深指失效保护、包络线保护等。

轻故障安全回路的保护是一次提升终了动作，包含闸间隙保护、润滑泵欠压、主电机超温、制动站超温等。

2.3安全回路的双重保护
PLC的安全回路保护有两种方式：继电器硬件安全回路和PLC软件安全回路，两种方式共同构成双重安全保护系统。

双重安全保护系统对于提升机的重要故障特意做成冗余保护，如过卷保护，既接入硬件安全回路，又接入软件安全回路，若过卷开关动作，则同时在软、硬两个安全回路中产生断点，确保安全回路及时断开，迅速制动停车。

2.4 操作监控系统的双PLC工作制
电控系统采用主、从双PLC工作制，其中主PLC负责提升机的工艺控制和安全保护控制，从PLC构成电子行程监视及监控。

两个PLC都有独立的监视器件和各自独立的处理逻辑。

如：主PLC监测主编码器的运行状态，从PLC监测从编码器的运行状态，两个PLC对各自负责的编码器进行速度、位置等数据的比较运算，通过通讯方式将各自的计算数据进行比较，达到整个电控系统有主有从，互有分工，互相监督的目的。

3 PLC电控系统的重要安全保护
1#副井电控系统设定了多重安全保护，其中有速度保护、位置保护、方向保护和零速制动保护。

3.1 速度保护
（1）等速过速保护：把速度信号变为标准的模拟量信号送到PLC中，运行速度达到等速段速度的115％时，保护动作。

（2）减速保护：又叫做包络线保护，会用到两个变量，速度值和位置值。

通过检测提升机的位置值，按照速度曲线生成相应的保护曲线。

再用实际的速度值和生成的保护曲线进行比较，假设PLC在某一点要求的速度值是5m/s，允许超过速度值的10%，即最大速度5.5 m/s，但是实际的速度值是5.7m/s，PLC就判断提升机减速过速，保护动作。

（3）速度偏差比较：两个编码器和测速机之间分别进行比较，分析检测结果有无偏差，同时还可以检测两个编码器和测速机的工作状态是否完好。

3.2 位置保护
（1）上下过卷开关保护：过卷保护对于提升机是最基本的一道保护，1#副井井口罐笼侧和平衡锤侧分别安装了3道过卷开关，当任何一个过卷开关动作，都会断开安全回路。

（2）上下同步开关：上下同步开关分别安装在井筒距井口和井底43米处。

主钢丝绳会逐渐伸长，使用同步开关矫正深度必不可少。

当提升机运行该位置，开关动作一次，把预设的开关位置值输送到PLC中，完成同步的功能。

（3）位置偏差比较：通过两个编码器分别算出提升机的位置，互相比较，若结果超出规定值，则说明至少有一个编码器故障，必须及时停车检修，排除故障后方可运行。

3.3 方向保护
（1）溜车保护：溜车保护和（1）中的方向保护不一样。

在没有选择方向时，不论是何种原因，只要编码器或是测速机检测到提升机位置变化，保护动作。

（2）给定与操作方向比较的保护：若司机开车疲劳，主令手柄推出的方向不是给定方向，保护动作。

4 零速制动保护
提升机安全回路断开后，制动系统会立刻实施安全制动，若制动系统失效，导致提升机的制动力矩不足，无法抱闸停车，会导致提升机逐步向重量大的一侧加速运行，最终酿成坠罐事故。

为避免此类事故发生，当制动系统不可靠时，可再次投入电气制动，使电机通电运行，在电机电磁转矩的作用下，降低提升机滚筒的旋转速度，即为零速制动保护。

零速制动保护改造完成后，效果达到预期目的。

（1）模拟实验前制定了各种应急预防措施，确保模拟实验的安全。

（2）提升机低速运行，将所有盘形制动器开关关闭，使液压油无法回流到制动站油箱。

断开安全回路，盘形制动器无法抱闸，未制动停车。

提升机按照自身惯性，逐渐向主滚筒两侧中重量大的一侧加速运行。

PLC接收到安全回路断开的信号，也接收到测速电机反馈的速度信号，它判断安全回路断开后提升机速度是否正常减小。

（3）安全回路断开后3秒内提升机的速降不到0.5m/s，PLC会判定制动系统故障，从而投入零速制动保护，投入电气制动。

1#副井电控
系统的中间继电器KA9.11是零速制动保护启动的继电器，当KA9.11得电动作，西门子6RA70调速装置解封，调速装置重新得电，投入运行，开始电气制动。

（4）PLC通过编码器检测到提升机的运行方向，6RA70调速装置会出反力使提升机速度逐渐降低。

当提升机速度小于0.1m/s时，调速装置出正力使提升机速度增加，当提升机速度大于0.3m/s时，出反力使其速度降低…调速装置一直以此方式出力，使提升机的运行速度保持在0.1-0.3m/s之间，直到提升机平衡锤侧运行到井底托罐装置处，最终安全停车。

5 结论
通过老新两种电控系统的使用对比，发现PLC电控系统的监控画面清楚直观，故障判断排查迅速准确，安全保护完善可靠，降低了电控系统故障率和故障的排查难度，采用新型PLC控制电控系统，是现代化科技的发展趋势，也是现代矿山提高安全性、可靠性的必要手段。

参考文献：
[1] 李建兴．可编程序控制器应用技术[M]．北京：机械工业出版社，2004．
[2] 廖常初.跟我动手学s7-300/400PLC[M].北京：机械工业出版社，2010.。