基于P L C的矿井提升机电控系统分析

王建庆

（开滦股份吕家坨矿业分公司，河北 唐山 063106）

我国煤矿企业采用的传统交流提升机电控系统主要由测速发电机、空气接触器、继电器逻辑电路等组成，这种电控系统的接电线路复杂、电气节点较多，导致该提升机电控系统安全性和稳定性较差，易发生安全故障。基于PLC的矿井提升机电控系统有效克服了传统交流提升机电控系统存在的问题，有效改善煤矿提升机电控系统的运行性能，对于提高煤矿企业的生产力有着重要的现实意义。

1 可编程逻辑控制PLC概述

可编程逻辑控制器PLC是一种重要的控制计算机，其可实现数据采集、过程控制、逻辑控制等综合控制，被广泛的应用在工业生产运营中。PLC主要由扩展接口、通信接口、输出单元、输入单元、存储器、中央处理器CPU等组成[1]，通信接口主要用于上位计算机和PLC编程器的数据通信，输出单元和输入单元是连接CPU和输入/输出设备的接口电路，CPU是整个PLC控制系统的核心。PLC具有较强的抗干扰性和应用性，可靠性和安全性较高，并且可编程逻辑控制器功能完善，编程简单、直观，在逻辑控制方面具有明显的应用优势。

2 基于PLC的矿井提升机电控系统

2.1 PLC软件程序设计

PLC软件程序设计要结合矿井提升机电控系统功能编写相应的程序代码，其功能过程主要包括提升机的停车、爬行、减速、等速、加速、启动；根据矿井生产运营情况选择合适的操作方式，控制提升机的运行状态；根据矿井采煤需求，控制提升机设备的速度；提升机的正反转。在矿井提升机运行过程中，PLC运行故障检测和状况检测系统，要根据软件程序指令完成以下功能：根据提升机运行故障类型，有针对性地采取相应措施；检查提升机内部装置是否运行正常，判断故障位置；监测提升机运行情况等。PLC作为矿井提升机电控系统的控制核心进行逻辑控制，控制功能较多、灵活性和扩展功能较强，可有效提高提升机运行控制可靠性，并且PLC输入输出模块设有光电隔离，这种过载保护和抗干扰措施采用灵敏的自诊断机制，便于校正提升机运行参数，实现对矿井提升机的柔性控制。

2.2 硬件结构设计

矿井提升机主要由操纵台、润滑系统、电控系统、深度指示器、制动装置、主轴装置、减速器和电动机等组成。提升机设备的运行状态对于工作人员的人身安全和矿井正常生产有着直接的影响。因此应根据《煤矿安全规程》，合理配置基于PLC的矿井提升机电控系统硬件结构，设计安全保护装置、PLC主控单元、提升机速度控制模块、监测模块和信号采集模块，通过电控系统全面、实时的监控提升机的运行操作状态，确保矿井提升机的安全、稳定运行。

2.3 基于PLC的控制过程

本文采用西门子314C-2DP型可编程逻辑控制器和主机作为矿井提升机电控系统的核心控制单元，该PLC内存为96K，采用16路的输出和输入数字量以及2个32点的输出和输入容量的扩展模块[3]，可满足矿井生产运营对提升机的控制要求，主控单元是基于PLC的矿井提升机电控系统的核心，通过PLC控制系统的输入模块接收传感器的检测信号或者采集外部控制开关信号，由CPU模块进行逻辑运算处理，由输出模块输出模拟量信号开关指令，控制相应的安全保护模块、制动回路、高压换向器、速度控制模块等设备做出相应的动作，实现提升机的停车、制动、爬行、减速、等速、加速等运行过程。

2.3.1 基于PLC的故障检测控制

在矿井提升机运行过程中，基于PLC的电控系统实时监控提升机的运行参数，提升机一旦发生运行故障，PLC安全保护模块会立刻进行紧急控制或发出报警信号，工作人员可及时采取相应的安全防护措施，确保矿井提升机安全、稳定的运行，消除矿井生产安全隐患，保障工作人员的人身安全。

2.3.2 基于PLC的提升机速度自动控制

提升机主电机运行速度和电控系统测速电机输出电压成正比关系，利用PLC电控测速电机输出电压信号，实现对提升机运行速度的控制。结合光电编码器采集提升机脉冲反馈信号，准确计算提升机设备实时的运行速度，通过PLC单元自动控制提升机关键速度点，PLC电控系统深度指示器根据提升机的运行速度，当提升机即将达到终点停车位置时，限速装置在减速阶段可逐渐降低提升机运行速度，最大不超过2m/s[3]。

2.3.3 基于PLC的行程位置控制

光电编码器安装在矿井提升机主轴上，经过PLC系统的运算模块快速计算提升机的运行参数、光电编码器的相关操作信号脉冲信号，通过PLC高速计数自动转换为提升机的位置信号，并且在提升机达到指定位置发出开关信号，光电编码器的计数脉冲值会自动保存在PLC系统高速计数器中，由深度指示器显示当前矿机提升机的运行位置，便于操作人员实时监控提升机的运行状态。同时，深度指示器和PLC软件系统内部包含过卷开关，当矿井提升机出现过卷情况时，内部的过卷开关会自动断开电控系统的安全保护回路，实现矿井提升机的紧急制动。

2.3.4 基于PLC的制动回路控制

矿井提升机电控系统的制动回路一直处于断开状态，当制动回路各个触点正常闭合时，对提升机执行开启命令。当矿井下工作人员发出提升信号后，电控系统对提升机进行自检，检查提升机运行状态是否满足开车运行条件，一旦发生异常，立即发出安全报警提示，操作人员及时进行处理。如果提升机满足运行条件，则制动回路闭合所有触点，解除安全制动，矿井提升机按照PLC的设定程序自动运行，完成矿井提升过程。

2.3.5 基于PLC的监视系统控制

基于PLC的监视系统控制主要是实时监控提升机运行过程中的终端设备，为了提高矿井提升机运行的安全性和可靠性，在矿井筒安装电子开关装置，实时监测矿井提升机的运行速度和运行状态，PLC监视系统采用两套的高可靠性和高安全性的电控系统，实现提升机停车位置、运行方向、运行状态和行程速度的监视。

3 结束语

基于PLC的矿井提升机电控系统具有明显的应用优势，对于实现矿机提升机电控系统的数字化和自动化控制有着非常重要的现实意义。通过可编程逻辑控制器PLC对矿井提升机运行状态进行实时监控，可有效提高矿井生产的经济效益，提升煤矿企业的现代化、自动化管理水平。因此在未来的发展中，应积极推动基于PLC的矿井提升机电控系统的应用和推广，推动我国煤矿行业的快速发展。

［1］张继强.基于模糊专家系统的矿井提升机电控系统的故障诊断[D].西安科技大学，2012.

［2］刘成全.矿井提升机电控系统升级的安全技术研究及应用[D].青岛科技大学，2012.

［3］董镕璇，姜海滨，张敏生.浅谈西门子S7-300PLC在副井提升机上的应用[J].中国新技术新产品，2012，04:139.