【工学论文】矿井主井提升机PLC控制系统设计

 摘 要：矿井提升机被称为矿山的咽喉，是矿山最重要的电气设备。提升机运行的安全性和可靠性对整个生产系统至关重要。

传统矿井提升机调速性能差，在启停车、制动、逻辑控制等方面存在诸多安全问题。随着计算机和PLC技术的不断发展，采用先进的技术改造传统矿山行业的传统系统，从而使矿井提升机的性能得到极大的改善，其自动化水平、安全性、可靠性都达到了新的高度，保证了提升机的安全运行。
关键词：矿井提升机； PLC； 保护控制
1.1课题研究的背景
我国对矿井提升机的安全问题非常重视，《煤矿安全规程》中对矿井提升机的性能参数有明确要求。虽然矿井提升机本身有一些保护措施，但由于煤矿生产的复杂性、环境的恶劣性和研究的局限性，有些保护措施未达到预期效果，一旦提升机没有按照给定速度曲线运行，就会发生提升机超速、过卷事故，轻者造成楔形罐道、罐笼的损害，影响矿井正常生产。严重的可拉倒井架，使得钢丝绳挫断、提升容器坠落和砸坏井筒内的机电设备，从而造成重大人员伤亡事故和重大设备事故，给煤矿生产带来极大的经济损失。
就计算机技术在工业现场应用情况而言，可编程控制器(PLC)是目前作为工业控制最理想的机型，PLC应用程序能够满足矿井提升机工艺控制要求，各项性能和指标都达到原设计要求。取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器和计数器等硬件，所以体积大大缩小，工作可靠性也大大提高。与继电器控制系统相比，控制功能更加合理、完善，现场使用与操作更加方便、灵活，得到了良好效果。它是采用计算机技术、按事先编好并储存在计算机内部的一段程序来完成设备的操作控制。采用PLC控制，硬件简洁、软件灵活性强、调试方便、维护量小，PLC技术己经广泛应用在各种提升机保护控制中，配合一些提升机专用电子模块组成的提升机保护控制设备，可供控制高压带动力制动或低频制动，单、双机拖动等。操作、监控和安全保护系统选用可编程控制器。主控计算机应用软件能完成于提升机自动、半自动、手动、检修、低速爬行等各种运动方式的控制要求。
国外研制的矿井提升机监控系统始于20世纪60年代，在提升机状态监控方面水平较高。特别是对闸控和速度监控等一些重要保护环节，设计更加的合理，有些环节设置双重保护，如过速保护，过卷保护等。这些监控保护的措施，对提升机的运行安全都是可靠的保证。下面简单介绍一下瑞典、德国和法国的提升机的速度监控系统。
(1)制动系统故障保护：当制动闸发生故障，闸衬磨损、闸盘变形、低油位以及制动油泵、冷却风扇电动机过负荷等故障出现时均产生紧急停车；
(3)钢丝绳保护电路：包括对钢丝绳速度、打滑等的监控；
(5)提升机监控器：监视提升机在井筒中各个部位的运行状态，从而发出各种相应的指令，控制提升机安全可靠地运行。
(l)主要数据显示：显示提升机的主要运行参数；
(3) AK显示：显示提升机控制系统，保护系统，变流器以及手动紧急停车按钮工作状态的数据；
(5)绳张力显示等14种显示功能，使用户一目了然。
系统一，包括液压站的故障，制动控制电路的故障以及速度控制系统的故障等。当这些故障出现时，对提升机施加机械的(制动闸)或者电气的(晶闸管逆变制动)制动力矩，控制提升机紧急停车；
系统三，包括盘形闸控系统，调零系统，电源的接地保护以及电机，变压器超温保护等，这类故障出现时，提升机不需要紧急停车而只需要切除基准速度信号，让提升机自动减速停车。另外在安全回路中，这些故障均设有旁路开关，当这些故障出现时，可以闭合旁路开关，将提升容器提升到井口，再做处理。
国产的矿井提升机经过广大技术人员的努力，电气传动系统也已经有了很大的发展，但在技术水平上还落后于国外同类产品的水平。电控系统主要以TKD交流拖动为代表，主令操作及故障监控仍采用传统的继电器控制线路，每台提升机需要数百个甚至上千个触点的继电器，系统可靠性差，故障率高，且不易维修，数目众多的控制线要和各种动力电缆通过狭小的井筒空间并行下井，安全性差，电磁干扰大。
1.3 课题主要研究内容
论文最后还对提升机电控系统的发展进行了展望。

2 矿井提升机概述
2.1矿井提升机的简介
矿井提升机系统设备有两大类组成。一类为机械设备，包括：减速器、井架和装卸载机构；另一类为电气及控制设备，包括：主拖动电动机（直流或交流）、电控系统以及制动装置等。
5 总结与展望
本文主要是针对矿井提升机安全保护当中存在的问题，设计出一套提升机保护控制系统。论文的研究主要完成了以下工作：矿井提升机保护控制系统的总体方案设计；保护控制系统的硬件设计；保护控制系统的软件设计。纵观整个系统，得到如下结论：
（2） 逻辑运算功能更强、更灵活。由于PLC 内设了数千个各类辅助继电器,使原来的控制回路全部由软件来实现,因此控制功能更强、更灵活。
（4） 故障实现自登录、自诊断。由于计算机具有智能,它可对系统发生故障进行自动检测、自动登录报警,使故障检测更快捷、更准确。
（6） 控制精度高、扩展功能强。如需对系统的功能及参数进行改变,不必更改硬件接线,只需改动内部程序即可
5.2研究展望
本文设计的矿井提升机保护控制系统能基本满足矿山生产的需要，但同国外同类先进产品相比仍有不小的差距，下一步的研究可以从以下几个方面进行：
（2）增加控制保护的参数，增强监控功能，如加入钢丝绳张力监测、制动系统制动力监测等。