PLC下礦井提升機電氣控制系統淺析
前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了PLC下礦井提升機電氣控制系統淺析范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。
摘要：如今，中國的能源需求量越來越大，能源生產過程中的安全問題不可忽視。對礦井提升機原電氣控制系統的改造已成為一種必然趨勢，plc技術的應用使提升機作業更加自動化、智能化。分析了礦井提升機結構及其電氣控制系統，探討了基于PLC的礦井提升機電氣控制系統的優化改造。
關鍵詞：PLC；礦井提升機；電氣控制；系統改造
礦井提升機在煤礦生產過程中發揮著重要作用，其運行狀態直接影響生產作業的安全性。但就目前而言，中國煤礦中使用的礦井提升機仍存在一系列弊端，尤其是其電氣控制系統，對企業的經濟效益和技術人員的生命安全都有著較大的影響[1]。基于PLC對原有的電氣控制系統進行優化改進，可有效提升礦井提升機運行過程中的安全穩定性，延長設備使用壽命，這對中國的可持續發展起著推動性作用。
1礦井提升機結構及電氣控制系統分析
1.1礦井提升機結構
礦井提升機是煤礦開采過程中的大型機電設備，其主要由控制部分和機械部分構成。可依據功能的差異將礦井提升機的零件分為測速系統、限速系統、制動系統、減速器等[2]。礦井中所用的提升機多種多樣，根據結構及作用原理的差異可將其大致分為兩類：纏繞式和摩擦式。以纏繞式礦井提升機為研究對象，其主要由主軸、潤滑、制動、自我保護、機械傳動及電氣控制等幾部分構成。其中，主軸部分由主軸承和卷軸等組成，機械傳動部分由減速器和聯軸器等組成，制動系統由制動器和液壓傳動部分等組成。
1.2礦井提升機對電氣控制系統的要求
當前社會對煤炭的需求量越來越大，對礦井提升機提出了更高的要求。首先要考慮的就是安全問題，一切作業都應以安全生產為前提，并且礦井提升機的電氣控制系統也應符合一定的標準。通過式(1)對礦井提升機電氣控制系統的運行狀態進行動力學分析[3]：式(1)中，Td為系統的動態扭矩，N·m；Te為電動機的扭矩，N·m；Tj為系統的靜態扭矩，N·m；Tn為系統的飛輪力矩，N·m；n為提升次數；t為時間，s。結合礦井提升機在不同情況下的工作狀態，對其電氣控制系統也提出一些相應的要求[4]：a)礦井提升機工作中的加速度等相關參數應符合標準；b)礦井提升機的電氣控制系統應能確保為提升機提供穩定安全的動力；c)礦井提升機電氣控制系統應設置一定的速度區間，以便能適應不同的需求而穩定運行；d)礦井提升機應能根據不同的作業環境要求對其工作模式進行智能切換。
2礦井提升機電氣控制系統優化改造的必要性
2.1傳統礦井提升機電氣控制系統的不足
傳統的礦井提升機電氣控制系統通過繼電器實現控制，這種提升機的啟動和速度調節是通過在電動機的電路上加上串聯電阻實現。該電氣控制系統存在較多弊端，如穩定性差、操作麻煩、易出故障、電耗大、生產效率低等，這些問題的存在嚴重阻礙著企業的可持續發展[5]。2.1.1可靠性穩定性差。傳統的礦井提升機電氣控制系統由繼電器、接觸器等多個元器件所構成，這些元件的體積較大，在提升機內部占據了不小的空間，作業時會產生很大的噪聲，同時還會產生很大的電耗。此外，這些老舊元件隨著時間推移靈敏度變得很差，故障率較高，維修次數多，因此無法保障設備運行過程中的安全性。2.1.2罐籠停車時間不確定。傳統的礦井提升機電氣控制系統的適用范圍有一定的限制，其智能化程度較差，無法根據具體作業環境來切換不同的工作模式。尤其在作業時，提升籠的質量處于一個持續變化的狀態，實際作業參數與預期參數相差較遠，這也就導致了提升機罐籠停車時間無法確定。2.1.3不能保證精確度。傳統的礦井提升機電氣控制系統的精確度較低，這主要是因為其是由磁放大器承擔控制工作。2.1.4不能及時排查故障。傳統的礦井提升機電氣控制系統相對來說故障率較高，并且故障的位置與原因無法直接獲取，使故障無法得到及時排除，拖慢了煤礦企業的生產進度。2.1.5無法調速。傳統的礦井提升機電氣控制系統無法對提升機運行速度進行控制，提升機運行時會產生很大的沖擊力，存在一定的安全隱患。
2.2基于PLC的礦井提升機電氣控制系統及其優勢
近10年以來，計算機技術的發展促進了PLC技術的進步。將PLC應用到設備中具有智能化程度高、安全可靠等優點。PLC技術的發展使中國一些大型企業的生產效率得到了很大提升。在礦井提升機中，采用基于PLC的電氣控制系統，利用軟件驅動來取代繼電器，能克服繼電器穩定性差、適用性差等缺陷，實現技術上的優化。采用了PLC技術后，礦井提升機電氣控制系統的安全性有了進一步的提升。且在系統主回路的優化中，設計由可控硅通過逐級切斷電阻來控制設備的啟停，優化后的系統表現出較好的節能效果。實際運行表明，該系統具有操作便捷、穩定性高等特點，可滿足生產要求[6]。PLC技術利用軟件對設備進行控制，可將復雜的控制線路整合起來，因此操作比較簡單[7]。此外，PLC系統中也存在回路。可通過相關的保護裝置對PLC系統中的回路進行保護。同時，若設備運行期間發生故障，系統能及時監測到數據并啟動故障監測程序，判斷故障的位置及原因，做出相關的處理指令，因此PLC技術的應用能很好地對設備進行維護，延長了設備的使用壽命。
3礦井提升機電氣控制系統的優化改造
根據對傳統的礦井提升機電氣控制系統所存在問題的探討，提出以下的優化改造方案。優化改造后的電氣控制系統將原控制系統中除液壓站之外的元件全部替換為數字化電氣控制元件[8]。優化改造后的礦井提升機電氣控制系統結構如圖1所示。優化改造后的礦井提升機電氣控制系統利用對邏輯電路的編程，可實現對電路的雙重保護，具有故障報警與分析等功能。
3.1優化改造后電氣控制系統的硬件設計
圖2所示為根據礦井提升機電氣控制系統的安裝要求，對其進行的硬件配置。優化改造后的礦井提升機電氣控制系統通過PLC技術實現自動化控制。在西曲煤礦中所選的PLC為三菱FX2N系列，設計了電氣控制的一些硬件設備及I/O（Input/Output，輸入/輸出）接口。關鍵電路中的硬件設計如圖3所示。
3.2改造后電氣控制系統的軟件設計
基于PLC的礦井提升機電氣控制系統的軟件設計主要分為現場總線、人機界面及PLC程序的設計。主要針對PLC程序的設計進行闡述。西曲煤礦適用的PLC軟件名稱為GX-Developer。改造優化后的電氣控制系統提升了設備的適用性，可根據作業環境的改變自動切換工作模式。實際作業中，該電氣控制系統可對設備運行狀態進行實時監測，利用收集到的數據信息進行分析后，結合提升機相應的工作需求，發出下一步操作的指令。相應的電氣控制流程如圖4所示。根據圖4所示流程，分別編制主控制機的軟安全回路、主控機自動切換程序、主控機制動程序、主控機速度測量程序、主控機制動油過壓程序的梯形圖。
4優化改造后礦井提升機應用效果分析
將煤礦內的礦井提升機經過上述優化改造后進行了為期1a的試運行監測，其間提升機未出現任何問題，說明PLC電氣控制系統能使提升機安全穩定運行，其可靠性提高，并且企業的經濟效益也得到了有效提升。具體體現在：a)礦井提升機在應用了PLC電氣控制系統之后適用性增強，能切換不同的工作模式，且不會產生大的電流沖擊；b)應用了PLC電氣控制系統的礦井提升機極大地減少了企業在人工成本上的投入，也提高了安全性和生產效率；c)相比于傳統的電氣控制系統，PLC電氣控制系統能有效控制設備的能耗，達到節能的目的。
5結語
傳統的礦井提升機電氣控制系統基本上都是通過繼電器來實現控制的，該系統一直存在的響應速度慢、控制精度差等弊端，使得礦井提升機的實際作業效果較差。為此，引入以PLC為基礎的電氣控制系統，不僅提高了煤礦生產的效率和精度，還使設備操控更加自動化、智能化，保障了設備的安全穩定運行。
作者:范金龍 單位:晉能控股煤業集團白洞礦業公司