矿井提升机PLC电控系统技术改造浅析

商铁军

(凡口铅锌矿, 广东韶关市 512325)

矿井提升机PLC电控系统技术改造浅析

商铁军

(凡口铅锌矿, 广东韶关市 512325)

针对凡口铅锌矿新副井提升机电控系统出现的多种问题,对提升机电控系统进行PLC控制技术改造、可编程程序控制,并提出 PLC控制系统抗干扰问题的解决方法。自改造后设备运行良好,保证了提升机安全。

继电器;PLC控制;改造;提升机

1 设备现状

凡口铅锌矿新副井采用多绳摩擦式提升机,该提升机是该矿的重要生产设备,担负着矿山一半以上人员和材料上下井的作业任务。新副井提升机电控系统于 1999年 6月投入使用,已经服务接近 12 a,电控系统老化残旧,可靠性变低,期间出现多次影响提升机安全运行的多种问题,可维护性能差。且电控整体设计理念不够成熟,关键的主要控制器MDD I(多功能数字多功能指示器)备件非标 (需特制)且缺乏,MDD I器件为某研究院自行研制,未对矿方进行技术交底及资料移交,出现问题时技术人员难以维护,直接影响了提升机的安全高效运行。历年来驱动 6RA24装置也多次出现功率单元 (可控硅及快熔)烧毁影响生产事件。6月份出现减速后速度降不下来的不安全现象,检查为减速继电器触点不稳定给定值悬空造成,且并联 SITOR柜部分控制电路板缺乏,备件购买不到。信号系统通讯的可靠性也差,经常出现问题,造成信号影响电控控制。液压制动系统沿用了老式 TS151型液压站,只有二级制动,在提升机高速跳闸制动时不利于机械设备系统,所造成冲击力损伤钢丝绳,同时对乘罐人员造成很大的冲击,不利于人身安全。总之,电控核心控制部分存在着诸多不确定的因素,不利于设备安全可靠运行,严重影响提升机的正常运转。

2 PLC电控系统的应用

2.1 PLC电控系统原理

根据现场实际情况及微机保护逐渐投入电力系统控制,用 PLC控制技术替代继电器控制是确保提升机安全运行的有效途径之一。选用 PLC控制模块化结合 SIEMENS7-300系列可编程控制器,组态网 STEP7监控系统。用数字技术通过预先按照一定规则 (语言)制定的计算程序进行数值和逻辑运算,由硬件结构和软件技术两部分组成,PLC控制模块作为硬件是实现继电保护功能的基础,STEP7软件计算程序用于实现继电保护原理。

PLC是以微处理器为核心,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。其工作原理为:采用 2套PLC互为冗余的控制方式,2套同时运行,互为监测,同时采集数据进行比较。行程测量采用 3个光电编码器输出的数字脉冲与主电机的转速成正比进行数据比较与行程监测,为速度闭环控制提供反馈量;安全回路多重冗余,关键保护均为双线形式,功能齐全,可根据提升机不同的运行状态改变相应电控系统的工作状态,实现必要的电气连锁和保护功能,具有手动、检修、平罐、对罐等控制功能,具有上位机人机画面实时监测与数据采集、存储功能、故障声光报警功能等。

2.2 PLC控制设备与现场设备相兼容

电控系统分为 5个部分:直流调速系统、操作系统、上位监控系统、闸控系统、信号系统。各子系统之间通过 PROFI BUS-DP网络和 MPI完成数据交换。调速系统为西门子公司原装 6RA70全数字直流调速装置,实现磁场恒定、电枢换向并联 12脉动控制;操作系统为西门子公司 S7-300双 PLC控制;监控系统为品牌电脑,含液晶显示器,激光打印机,通讯网卡;闸控系统采用德国原装进口西玛格液压站,用于对液压盘形制动器进行调整、控制与监测;信号系统为西门子公司 ET200M远程 I/O控制,光纤通讯。

该系统数控柜选用 2套相同配置的 S7-300系列 CPU,操作台安装 ET200模块;信号 PLC及ET200M子站之间通过 OLM光纤通讯方式交换数据;主控系统可实现单 PLC运行,PLC损坏可实现低速故障开车;编码器、测速机分别独立接入主控、监控 PLC,实现对位置、速度和减速点控制的双线保护;具有 3条安全保护回路,软件两路,硬件一路。关键环节采用软、硬件多重保护,如过卷、等速过速、定点过速等。

在改造时,根据现场实际情况的要求,对原有信号系统保持不变,将井筒设备里面的减速开关、定点开关、同步开关接入提升数控柜,为提升机控制系统使用。设备安装使用前对新设备进行了高压耐压试验、继电保护整定、绝缘遥测等电气试验,以保证设备使用安全。将所有控制设备安装到位后,控制程序编制成形,监控系统人机画面制作完成。

根据现场设备实际情况、PLC控制原理、各反馈信号脉冲反馈,调整 PLC程序符合现场使用要求,硬安全回路与软安全回路动作可靠。程序的制作根据现场设备参数的不同,与实际相结合。人机画面制作便于操作及运行状况查询。

3 PLC控制系统抗干扰问题的处理

随着科学技术的发展,PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行,系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型 PLC,有的是集中安装在控制室,有的是安装在生产现场和各电机设备上,大多处在强电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高 PLC控制系统可靠性,一方面要求 PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力;另一方面,要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视,多方配合才能完善解决问题,有效地增强系统的抗干扰性能。

该系统选用的 SIEMENS7-300系列可编程控制器抗干扰的能力很强,为了确保运行正常,在安装PLC装置时,首先考虑到干扰来源,例如来自电源的干扰、来自信号线引入的干扰、来自接地系统混乱时的干扰、来自系统外引线的干扰、来自 PLC系统内部的干扰等。针对可能出现的干扰,采取了一定的措施。

3.1 采用性能优良的电源

在 PLC控制系统中,电源占有极重要的地位。电网干扰串入 PLC控制系统主要通过 PLC系统的供电电源 (如 CPU电源、I/0电源等)、变送器供电电源和与 PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。采用具有较强的干扰隔离性能、在线式不间断供电电源 (UPS)供电,提高供电的安全可靠性。

3.2 电缆选择的敷设

减少动力电缆辐射电磁干扰,不同类型的信号分别由不同电缆传输,信号电缆应按传输信号种类分层敷设,严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号,避免信号线与动力电缆靠近平行敷设,以减少电磁干扰。电源线、二次控制线分开敷设,动力电源线进行屏蔽处理。

3.3 正确选择接地点

接地目的通常是为了安全和抑制干扰。完善的接地系统是 PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。在安装的过程中,为了避免干扰信号对 PLC运行的不稳定因素,采取方法如下:

(1)主控 PLC与监控 PLC分离安装。采用双套 PLC互为冗余的运行模式,主控 PLC 2套装置安装在数控柜内;监控 PLC安装在操作台内,与工控机连接实现对 S7可编程序控制器的编程、调试,以及完成对电控设备的监控功能。数控柜和操作台,与低压电源柜分开安装,在柜体底部及柜体与柜体之间垫结缘板,柜体间用绝缘隔板进行分离,确保模块的运行不受外部电磁干扰。

(2)采用独立的接地装置。主控 PLC、监控PLC以及信号系统 PLC控制柜柜体底座安装与地面用绝缘层相隔,接地线或接地装置与大地相接,对各 PLC柜制做独立的接地装置,埋于地下并加装铁板,测试接地电阻符合标准要求。

4 结 论

通过对电控系统的改造,继电控制微型化,采用插件式结构,提高了继电保护动作的可靠性;故障时有上位机及时监控显示,便于维护及故障查询;同时提髙了维护人员、操作司机的业务技术水平,能够更加熟练掌握设备性能结构、工作原理。自改造后设备运行正常,保证了提升机运行安全。

[1] 廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2]刘伦富.电工电子技术基础与应用[M].北京:机械工业出版社,2009.

[3] 曾海燕.基于西门子 PLC的结构化 PI D控制器设计与仿真[J].可编程控制器与工厂自动化,2011,(1).

[4] 吴志敏,阳胜峰.西门子 PLC与变频器、触摸屏综合应用教程[M].北京:中国电力出版社,2009.

[5] 牛 健.基于 PLC控制的污水处理控制系统[J].自动化技术与应用,2010,(5).

[6] 宋乐鹏,柳 果.基于 PLC控制的加热炉温度控制系统[J].自动化技术与应用,2007,26(10):121-122.

2011-06-15)

商铁军 (1981-),男,辽宁阜新人,助理工程师,从事电气自动化工作,Email:5054511@qq.com。