论煤矿提升机的PLC控制及其程序设计

论煤矿提升机的PLC控制及其程序设计
【摘要】用可编程控制器（PLC）代替传统的继电器逻辑控制回路来控制矿井提升机，可以大大减小设备体积，提高系统的控制精度和可靠性，文章对煤矿提升机的PLC控制及其程序设计进行了探讨。

【关键词】提升机；可编程控制器；程序设计
1 PLC 网络通讯协议及方式
PLC 与计算机之间的通讯通常是通过RS422 口或RS232 口进行的，其信息交换的方式为字符串方式，运用RS232 和RS422 通道，容易配置一个与外部的计算机（如个人机和主机）进行通讯的系统。

可将所有软件的数据和状态由可编程控制器送入计算机，由计算机采集这些数据，进行分析及进行状态监视。

用计算机改变可编程控制器设备的初始值和设定值，从而实现计算机对可编程控制器的直接控制。

三菱FX 系列支持以下几种类型的通讯。

1.1 N：N 网络
用FX2N，FX2NC，FXIN，FXON 可编程控制器进行的数据传输可建立在N：N 的基础上。

此种网络能链接一个小规模系统中的数据。

1.2 计算机链接（用专用协议进行数据传输）
用RS485（422）单元进行的数据传输可用专用协议在1：n（16）的基础上完成。

1.3 可选编程口
对于FXZN，FXZNC，FXIN，FXIS 可编程控制器，当该端口连接在FX2N-232-BD，FXON-32ADP，FXIN-232-BD，FX2N-422-BD 上时，可支持一个编程协议。

1.4 并行链接
用FX2N，FX2NC，FXIN，FXON 可编程控制器进行的数据传输时，是采用100 个辅助继电器和10 个数据寄存器在1：1 的基础上来完成的。

FXIS 和FXON 的数据传输是采用50 个辅助继电器和10 个数据寄存器进行的。

1.5 无协议通讯（用RS 指令进行数据传输）
用各种RS232C 单元，包括个人计算机，条形码阅读器和打印机，来进行数据通讯，可通过无协议通讯来完成。

此通讯使用RS 指令或一个FX2N-232IF 特殊功能模块。

2 PLC 系统程序设计
2.1 提升机速度（PLC）控制方式
提升速度的给定方式有两种：一种是给定速度为时间的函数，v=f（t）；另一种是给定速度为行程的函数v=f（s）。

为了提高提升机运行速度控制的精度，在速度给定电路中增加了加速变化率限制环节，即不但要限制加速度，而且还要限制加速度的变化率。

为了提升机运行的安可靠，采用行程给定和时间给定串级连接。

在速度图中不出现折线，实现S 形速度给定曲线。

2.2 系统程序设计
2.2.1 软件结构
由于系统控制核心主要由PLC 和上位机组成，因此，软件包括PLC 控制软件和上位机组态软件。

PLC 软件的主要功能是对提升机的启动、加速、减速、停车等过程控制、信号采集、逻辑处理。

PLC 软件设计采用模块化结构，程序编制采用梯形图1。

图1 PLC 软件结构图
2.2.2 子程序设计
（1）控制子程序
如图 2 所示，系统根据提升信号、工作手柄以及所选择的工作方式，驱动变频器实现提升下放操作，完成对绞车的启动、加速、等速、减速、停止等运行过程的转矩和频率控制。

故障时，通过对液压站电磁阀的控制，实施一二级安全制动。

主要输出驱动控制功能为：①主电机的变频调速控制；②制动泵液压泵的控制；③液压站电磁阀的控制；④调绳调闸操作；⑤安全保护、安全制动。

程序设置有半自动运行（主井提升可实现自动运行）、手动运行、检修运行、应急运行等四种运行方式。

图2 控制子程序流程图
（2）位置检测子程序
位置检测采用光电旋转编码器双线输入。

利用高速计数模块对编码器信号计
数，其中一路编码器信号用于行程速度保护，一路用于显示与监测。

两套编码器的数据在程序中不断进行比较，当比较结果发生不一致时，程序会发出故障安全制动指令。

位置检测子程序流程图如图3 所示。

图3 位置检测子程序流程图
（3）程序软安全回路功能设置
在PLC 软安全回路中具有如下保护接点：过卷保护、主电源失压、后备保护、变频故障、操作台急停信号、减速段超速、等速段超速、爬行段超速、松绳信号、深指失效、松闸保护、错向保护、编码器失效、PLC 故障、溜车故障。

以上任一故障发生均会断开安全回路实现安全制动。

此外主令零位、工作闸零位与安全回路闭锁。

（4）保护设置子程序
对各种保护点（减速点开关、过卷开关、终点开关、解除二级制动中继接点等）除在外部设置硬接点外，在程序中也设置软开关进行双重保护，在程序中设置的保护如下：
过卷保护，当提升容器超出正常停车位置0.5m 时，过卷保护动作，实现安全制动；等速段超速、减速段超速、爬行段超速保护。

程序中设置各种运行方式下的速度保护包络线，
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