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基于PLC的矿井提升机限制系统设计2023-2-9 20:25:00 来源：1 引言目前， 我国绝大部分矿井提升机（超过70% ）采纳传统的沟通提升机电控系统（tkd-a为代表）tkd限制系统是由继电器逻辑电路、大型空气接触器、测速发电机等组成的有触点限制系统经过多年的发展，tkd-a系列提升机电控系统虽然已经形成了自己的特点，然而其不足之处也自不待言，它的电气线路过于困难化，系统中间继电器、电气接点、电气联线多，造成提升机因电气故障停车事故不断发生采纳 plc技术的新型电控系统都已较胜利的应用于矿井提升实践，并取得了较好的运行阅历，克服了传统电控系统的缺陷，代表着沟通矿井提升机电控技术发展的趋势2 总体设计方案基于plc技术的矿井沟通提升机电控系统限制电路组成结构如图1所示， 要由以下5部分组成：高压主电路（包括高压换向器、电动机、启动柜、动力制动电源）、主控plc电路、提升行程检测与显示电路、提升速度检测、提升信号电路，其中高压主电路部分仍采纳传统的继电器限制电路图1 矿井沟通提升机电控系统框图工作过程：当井口或井底通过信号通信电路发出开车信号后，开车条件具备司机将制动手柄向前推离紧闸位置，主电动机松闸。

司机将主令限制器的操作手柄推向正向（或反向） 极端位置，主控plc通过程序限制高压换向器首先得电，使高压信号送入主电动机定子绕组，主电动机接入全部转子电阻启动，然后依次切除8段电阻，实现自动加速， 最终运行在自然机械特性上沟通提升机运行时， 旋转编码器跟随主电动机转动，输出2列a/b相脉冲，分别接到主控plc的高速计数器hsc0的a/b相脉冲输入端，由主控plc依据a/b脉冲的相位关系，自动确定hsc0的加、减计数方式依据hsc0的计数值，就可以计算出提升行程并显示同时只依据旋转编码器输出的a相脉冲，主控plc进行加计数依据hsc1在恒定间隔时间内的计数值，就可以计算出提升速度 3 硬件设计3.1 提升机主回路部分设计主回路用于供应提升电动机电源，实现失压、过流爱护，限制电机的转向和调整转速主回路由高压开关柜、高压换向器的常开触头、动力制动接触器的常开主触头、动力制动电源装置、提升电动机、电机转子电阻、加速接触器的常开主触头（1jc～8jc）和装在司机操作台上的指示电流表和电压表等组成系统原理图如图2所示图2 提升机主回路系统原理图图2 提升机主回路系统原理图主拖动电机选择：鼠笼式异步电动机尽管结构简洁、价格便宜、维护便利，但很难满意提升机启动和调速性能的要求，因此，矿井提升机沟通拖动系统均选用绕线式异步电动机作为主拖动电动机，绕线式异步电动机转子串电阻后能限制启动电流和提高启动转矩，并能在肯定范围内进行调速。

地面变电所送来的二路6kv电源，一路工作，一路备用，经tgg-6型高压开关柜的隔离开关glk1、油开关gyd、高压换向器线路接触器xlc的主触头、正向（或反向）接触器zc（或fc）后到主电机的定子在高压开关柜内还设有电压互感器yh，失压服扣线圈syq，电流互感器lh和过流脱扣线圈glq，用于失压或过流爱护在syq线圈回路中还串联接有紧急停车开关jtk1和换向器室栏栅门闭锁开关 lsk 3.2 制动回路设计矿井提升机大多数采纳绕线式异步电动机来拖动，且多数场合下采纳有级切换转子回路电阻来实现调速其制动系统多采纳可控硅动力制动和可调闸制动系统前者为电气制动，后者为机械制动提升机在减速段运行中，当速度在0～5%范围内，电气制动起作用，可调闸不起作用；当超速在5%～10%范围内，电气制动限幅，并维持最大制动功率，同时可调闸起作用，总制动力矩增大；当超速10%时，过速继电器gsj1作用于平安回路，可调闸将提升机滚筒闸住晶闸管动力电源装置主要有两部分组成，一部分为主回路，另一部分为触发回路本文设计中采纳kzg型三相可控硅动力制动系统此系统为单闭环动力制动系统，系统方框图如图3所示，从图中可以看出速度偏差限制和脚踏限制是“或”的关系，哪个信号大，就允许哪个信号通过，亦即相应的限制方式发挥作用。

因此，单闭环限制时司机可以脚踏制动进行限制，而在脚踏限制时，如提升机超速，闭环系统又可起监视爱护作用图3 单闭环动制动系统方框图3.3 速度给定回路速度给定方式就是按行程原则产生速度给定信号在矿井提升机电控系统中，通常是采纳凸轮板给定方法，即由凸轮板限制自整角机的输出电压由于自整角机没有可滑动的触点，因此电压改变较平稳，工作较牢靠，维护量较小原理图如图4所示图4 速度给定电路自整角机作为给定装置应用时是将激磁绕组通以单相110伏沟通电，在三相同步绕组中任取两相的输出作为给定电压的输出其输出电压为沟通，如须要直流则应通过桥式整流输出3.4 动力制动回路晶闸管整流器及其触发装置成套地装在电源柜中，动力制动电源装置输出电压的大小与触发装置输入的限制信号电压的凹凸有关图5 动力制动电压形成回路限制信号电压由两个回路组成一个或门电路，如图5所示只要其中之一达到触发要求时，即可使晶闸管触发起制动作用这两个回路，一个是由实际速度与给定速度形成的速度偏差值，自动限制cf3磁放大器的输出和动力制动输出，另一条回路由司机限制自整角机cd2的输出以实现人工调整 在人工限制动力制动系统时，由司机限制脚踏板带动自整角机cd2发生限制电压。

调整时应使其与磁放大器cf3的输出相协作当脚跟刚刚踩下，脚尖尚未下踏时，相当于限制开关闭和，使dzc得电吸合，晶闸管动力制动投入，但此时自整角机cd2输出很小，动力制动电流最小当司机脚尖踏下后，自整角机cd2输出最大在脚踏动力制动与cf3输出回路中，分别由z1和z2两个二极管组成一个或门电路，此两种限制信号成并联关系，互不影响3.5 行程检测与显示利用旋转编码器将提升机的运行位置转化为脉冲，plc对此脉冲进行高速计数，通过相应的计算自动生成提升机位置的相关数据，传送到plc 内部高速计数器的存储单元为了提高计数器的脉冲精度，选用日本omron公司的e6c-cwsc型可逆旋转编码器，其脉冲精确精度高，在低速时不会丢失脉冲为了便于提升机司机操作，提升机电控系统需设置牢靠的行程显示装置（又称深度指示器）用于显示提升容器在井筒中的位置本文设计依据编码器所测的运行距离（0～570m），采纳3个led七段显示器作为提升机位置的显示图6 plc数字显示电路图6所示电路中，用具有锁存，译码，驱动功能的芯片cd4513驱动共阴极led七段显示器，三只cd45 -13的数据输入端a～d共用可编程限制器的4个输出端，其中a为最低位，d为最高位。

le是锁存使能输入端，在le信号的上升沿将数据输入端输入的bcd数锁存在片内的寄存器中，并将该数译码后显示出来假如输入的不是十进制数，显示器熄灭le为高电平常，显示的数不受数据输入信号的影响明显，n个显示器占用的输出点数为：4+n 3.6 协助回路设计协助回路是用于对协助设备进行供电和限制的协助回路的电源电压为沟通380v，两回路供电协助回路所带负荷有：晶闸管动力制动电源装置、制动油泵电动机、润滑油泵电动机等4 提升机主电动机转子电阻计算电动机转子电阻的计算，对提升设备的正常运转有着重要的作用进行启动电阻计算时，首先应确定预备级级数和加速级级数因为所选的级数干脆影响到最大切换力矩的增大或减小及平均启动加速度的提高或降低，甚至由于过载实力不够而需加大电动机容量，故应全面考虑，选出经济合理的级数一般状况下，预备级级数和加速级级数的选择见附表所示三相平衡启动电阻的计算方法许多，但基本上可分为两种类型：一类是按给定加速度来计算启动电阻，另一类是以充分利用电动机的过载实力为动身点来计算因第一类方法计算简便精确，故本文中采纳此方法计算5 plc限制系统设计5.1 主控plc限制电路设计依据提升机的运行方式和煤矿企业的固有特点，国产矿井提升机电限制系统中应用plc也发展很快。

但从现场运用状况来看，目前，在国产煤矿提升机限制系统中，plc主要用于处理开关量，以替代老式提升机限制系统中众多的继电器、接触器、困难的连线以及信号显示系统，而涉及到提升机平安运行的制动系统中的模拟量和自动调整过程，大多还是通过用半导体器件、运算放大器等可调闸和可控硅动力制动的一般电子模式来处理运用过程中常常会出现零点漂移、电子元件损坏，并且存在修理及重新调试难、牢靠性差等缺点，因而使提升机电控系统的牢靠性降低针对上述问题，深化探讨用plc限制煤矿提升机限制系统是特别必要的本文中主控单元可编程序限制器（plc）设计，由一个cpu226主机和两片i/o扩展模块em223和em222组成，设计含有40个输入点40个输出点， 则详细i/o接线如图7所示图7 主控plc电路及扩展i/o接线5.2 plc限制软件设计图8 主程序限制流程图plc限制软件主程序流程图如图8所示1） 初始化子程序用于对高速计数器hsc0和hsc1进行以下操作：写限制字， 定义工作模式，清零， 写设定值， 设置定时中断， 连接中断， 启动计数2） 制动油泵、润滑油泵、动力制动电源、五通阀电磁铁、四通阀电磁铁和平安阀电磁铁等的限制属于沟通提升机平安运行所需协助设备的限制。

3） 制动油过压信号、制动油过热信号和润滑油过压信号的显示限制用于沟通提升机工作状态的显示限制4） 调绳闭锁回路是在调绳过程中起平安爱护作用双卷简提升机换水平调绳时，调绳转换开关1hk-3断开，使调绳连锁环节串入平安回路正常运行时，lhk-3接通，调绳连锁不起作用5） 提升信号回路用于对沟通提升电动机启动或减速作好打算6） 位置测量子程序用于测量提升机在矿井中的位置7） 行程显示子程序依据旋转编码器的脉冲个数来显示当前的行程位置8） 减速信号回路和减速信号铃用于减速限制并且发出铃声提示信号9） 自动换向工作回路和手动正反转工作回路分别用于自动和手动方式下对交 流提升电动机进行正反转限制10） 平安回路用于防止和避开沟通提升机发生意外事故11） 定时器限制回路和转子电阻通断限制用于沟通提升电动机启动或减速时的转子电阻切换限制12） 动力制动回路用于动力制动电源的投入与切除限制13） 脚踏制动联锁和工作闸继电器用于沟通提升电动机制动限制6 结束语提升机的限制系统采纳plc限制与tkd-a限制系统结合的方式， 具有牢靠、平安、实现便利等优点采纳plc实现提升机主要限制逻辑， 增加限制功能，实现高效自动化生产。

其关键是充分发挥plc的优势， 利用其综合测控机制， 解决好测速、爱护等问题， 实现与原系统的良好连接， 提高系统的综合性能， 达到低投入高产出从系统的应用状况看仍存在一些需进一步完善的问题如：网络通信功能和先进限制技术及策略如智能限制等，在现有plc技术的基础上进一步进行功能扩充，将会进一步提高我国矿井提升电控系统的现代化水平作者简介徐成毅 男 毕业于辽宁工学院电气工程及其自动化专业 现供职于大连三洋制冷有限公司技术研发本部参考文献[1]卢燕.矿井提升机电力拖动与限制.北京:冶金工业出版社,2023[2]王永华，陈玉国.现代电气限制及plc应用技术.北京:航空航天高校出版社,2023[3]余发止.国内为矿井提升机的现状与发展.矿井机电,1995年第3期[4]叶予光.基于plc技术的矿井提升机电控系统.机电一体化,2023年第6期[5]蒋宏民.plc技术在我国矿井沟通提升系统中的应用探讨.冶金矿山设计与建设，1998年第4期 [6]张红岩.可编程限制器在沟通提升。