双 PL C 在矿井提升机变频改造中的应用

双线 PL C 在矿井提升机变频使用中的推广应用
白良才
(华能扎赉诺尔煤业公司灵露煤矿机电科，021410)
摘要：针对于煤矿提升机变频改造的实践，重点介绍“双线控制”的设计理念，分析系统实现同步控制，双重保护工作原理，进一步阐述改善控制系统的调速性能，提高系统的安全性和可靠性的技术措施。

关键词：变频技术、PLC、调速、安全
1、引言：
目前，大多数中、小型矿井采用斜井绞车提升，普遍采用交流绕线式电机转子串电阻的调速方式，这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁，回路接点数量较多，设备故障率较高，安全性较差；在调速过程中，转子外电路所串的电阻产生相当大的能量损耗；该调速系统属于开环有级调速，调速的平滑性差，调速和换挡过程中电流冲击大，低速时机械特性较软，静差率较大，对设备产生较大的冲击，且影响提升系统的运行质量。

随着变频技术及 PL C 技术的迅速发展使得矿井交流提升机变频改造及控制系统改造成为现实。

2013 年 ,对扎煤公司灵露矿副井斜井提升机的控制系统进行了先进技术安装 ,采用双 PL C 实现“双线控制" . 经过几年来的运行和测试 ,运行效果良好.
2“双线制" PL C 控制理念
所谓双线制是指控制系统采用 2 套 PL C 作为系统的控制核心，一套作为主控系统，另一套作为监控系统，每套PLC系统都有独立的位置检测，元件(轴编码器) . 正常工作时 ,2 套系统同时投入运行，对运行参数和运行状态进行同步实时监控，对一、二类故障实行双重保护。

为了确保 2 套 PL C 系统能同步工作，在主 PL C内对 2 套 PL C 系统的位置信号和速度信号进行实时比较，一旦偏差过大，就会立即报警。

3“双线制" PL C 控制系统的组成
此套电控系统主要由低压电源柜、计算机控制柜、操作台、上位监控系统、全数字变流驱动系统、检测元件等组成。

电气操作系统采用西门子公司原装系列的可编程控制器S7-300作为操作控制的主控单元，安全保护采用软、硬件两路安全回路实现双重保护。

传动系统采用ABB的ACS800-17，型号：-870+L502，出厂编号：3100700340。

上位监控计算机采用主要有工业计算机配备通讯软件构成，可对提升机全程各重要参数进行监控。

4、电控系统调试：
电控系统调试工作主要对提升机操作系统程序的逻辑控制
调整，配套主令、闸手柄的给定及配套回路接口板的调整，配套设备传动系统的参数及传动情能调整，对提升机电控系统安全保护的调整和试验，配套设备的信号联接，最终达到提升电机电控系统的正常正反转运行、相关信号的显示与安全保护可靠的实现。

4.1、可调闸的调整：（见图纸36及45页）
操作台左手的闸手把，KA28.3继电器动作，手闸角机带电110VAC,时手把的输出端将随着手把的前推线性输出0-45V的交流电压，该电压接到KTPJ板P1\P2端子，调整RT1使之输出
0-8VDC到PLC模拟量端口，PLC模拟量输出端口输出0-8VDC电压到KPTJ板的P21\P22端子，调整RT9使之输出0-6.7VDC电压，该电压通过液压站转换开关直接加在液压站上的比例阀上，操作台上的可调闸电流表为380MA ，电流曲线线性与电压保持一致，最终对应油压5.0_MPa。

4.2、速度给定的调整：(见图纸46页)
操作台右手的主令手把，由220_V电源模块VC46转换成的9V直流电源供电，将9V分别接在速度手把的供电电源输入端。

手把输出端直接接到PLC输入模块上，在提升机运行时，模拟量输出模块会输出相应的电压（0 -7.8 V）加在传动装置的速度给定口上，该电压值对应最大的提升速度0 -3.0_m/s, 在爬行状态下为0.5m/s（给定为_1.0V，约为额定速度的_12.5%）
提物的最大速度为：3m/s(给定为6_V，约为额定速度的75%) 提人的最大速度为：3_m/s(给定为6_V，约为额定速度的75%) 检修的最大速度为：1_m/s(给定为2_V，约为额定速度的25%) 下长材最大速度为：1_m/s(给定为2_V，约为额定速度的25%) 4.3、传动测速反馈的调整（见图纸48页）
当提升机达到额定速度3.8m/s时，测速机反馈电压值204VDC，接到KTPJ板的P7\P8，调节RT5，使P17a\P18a输出0-8VDC到模拟量模块。

后附见图纸36页、45页、46页、48页
4.4、传动装置的调整
4.5、故障开车速度给定的调整：
把操作台上的SA2.5_转到故障开车位置，接通故障提升开车回路，速度手柄通过可调电阻RP46.1降压后直接输出到传动装置给定接口,当故障运行时，使之电压最大为2_VDC，对应速度最大约为1_m/s。

4.6、井筒开关位置：
井口机械开关过卷开关过卷位置设定： 16m
4.7、程序中软件位置开关点的设定：
井口值为0.00，井底值为-938_。

井口过卷位置设定：深度数字值为_10_
井口第二过卷位置设定：深度数字值为_20__
井底过卷位置设定：深度数字值为_-948
井口第二过卷位置设定：深度数字值为_-958
二级制动井口解除位置设定：深度数字值为_-20
二级制动井底解除位置设定：深度数字值为__-918
井口减速点设定：提物设定数字值_-60_，提人设定数字值_-60_
井底减速点设定：提物设定数字值_-878，提人设定数字值_-878
井口2限速点设定：深度数字值为__-10
井底2限速点设定：深度数字值为_-928
i、软件安全回路的设定：
4.9、在PLC中，设定了以下的安全保护：
1、高压进线故障保护
2、传动故障保护
3、操作台急停故障保护
4、信号急停故障保护
5、松绳保护
6、错向故障保护
7、制动油压高故障保护
8、编码器等速过速故障保护
9、传动等速过速故障保护
10、测速机等速过速故障保护
11、综合上过卷保护
12、综合下过卷保护
13、主从编码位置监视保护
14、主从编码速度监视保护
15、测速机与传动速度比较保护
16、测速机与编码器速度比较保护
17、溜车保护
18、堵转保护
19、定点保护
20、包络线超速保护
21、使能断线保护
22、工作闸故障保护
23、从编码器过卷保护
24、从编码器过速保护
4.10、硬件安全回路设定：
在硬件安全回路中，设定以下内容：
1、主PLC故障连锁
2、超速保护
3、传动系统故障连锁
4、从PLC故障连锁
5、制动油压高故障连锁
6、操作台急停连锁
7、信号急停连锁
8、牌坊开关上过卷连锁
9、牌坊开关下过卷连锁
10、松绳保护连锁
11、井口过卷开关连锁
12、手柄零位连锁
4.11、轻故障的设定
1、润滑站油温高
2、润滑站油压高
3、润滑站油压低
4、润滑站压差
5、液压站压差
6、闸瓦磨损
7、弹簧疲劳
8、断轴保护
9、温度巡检仪报警（主电机超温）
5 同步控制和监控
控制系统中，实际速度来自 PL C1 和 PL C2 的基本单元中高速计数器输入 X0 、X1 端子，分别接收轴编码器( P G1 和 P G2 ) 的脉冲信号进行快速计数。

并选择高速计数器 C251 储存计数脉冲[ 5 ]，设D为滚筒直径；P为滚筒转一圈时编码器实际输出的脉冲数，由S = C251 ×πD/P 可计算出脉冲数所对应的行程值。

用 D126 、D127 来存储此数值.根据一定时间内测
得的行程差值S 与该段时间T 之比即可算出编码器所产生的速度信号，用 D162存储。

提升机运行时，PL C 自动产生以行程为自变量的速度给定V ( S )和以时间为自变量的速度给定V( t ) 信号。

在等速段运行时只有 V ( S ) 给定，在减速段时由 V ( S ) 和 V ( t ) 双重给定.当两者不一致时,取两者的最小值.系统运行过程中 ,就可以达到同步的目的.
6 采用冗余技术实现安全保护
6.1安全回路冗余
根据JB8516-1997《安全回路设计应为双线冗余制》的规定，系统采用双PLC加硬安全回路继电器真正实现“双线制”冗余控制和安全保护。

对安全回路、恒速超速、减速超速、过卷等重大故障均采用软硬件冗余设计和多重保护。

6.2双线冗余制
例如1：过卷保护，可以通过过卷开关、提升机行程位置来检测。

例如2：过速保护，可以通过轴编码器、检测变频频率、提升机行程位置三种方式来检测。

例如3：变频速度给定可以通过模拟量输入通道和多段速度选择端子及PLC与变频器通讯三种方式控制变频器的速度。

7 结束语
通过对提升机使用先进的技术安装，提高了系统的控制精度，丰富了控制功能，改善了工作性能使操作更加方便，运行更加平
稳，显示更加直观，保护更加完善，是一套既节能又环保的控制系统。

经过5年多的运行实践，运行参数和数据正常，运行状态良好，该双线PLC变频控制系统必将在矿井交流提升机改造或安装中得到推广和应用。

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作者简介：白良才（1965＿），男，满族，内蒙古，专科，机电工程师，主要从事煤矿机电设备与机电技术管理工作。