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變頻技術(shù)在礦井提升機(jī)系統(tǒng)的改進(jìn)的論文
摘要：礦井提升機(jī)是礦山中一種非常重要的電氣設(shè)備，素有“礦山咽喉”之稱。茂名是全國的油城之一，在工業(yè)應(yīng)用中也會應(yīng)用到礦井提升機(jī)的控制設(shè)備，傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)調(diào)速性能較差，對于礦井提升機(jī)在啟動、停車、邏輯控制等方面也存在一些弊端，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代礦井高產(chǎn)出、高效益的要求。PLC與變頻技術(shù)作為新型的工業(yè)技術(shù)在工控領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。高功能性和高效率的控制可以在礦井提升機(jī)的控制方面發(fā)揮出更好的優(yōu)勢。本文就將從PLC和礦井提升機(jī)系統(tǒng)概述、控制系統(tǒng)的搭建和軟硬件系統(tǒng)等方面展開，對PLC與變頻器在礦井提升機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行研究與改進(jìn)分析。
【關(guān)鍵詞】PLC；變頻器；智能化；高效率；穩(wěn)定性；安全性
1概述
1.1礦井提升機(jī)系統(tǒng)的概述礦井提升機(jī)系統(tǒng)是礦井挖掘中一個非常重要的電氣設(shè)備，它的工作正常與否直接關(guān)系著礦井的生產(chǎn)效率。礦井提升機(jī)系統(tǒng)主要作用是可以把采集到的有用的礦石、煤炭和石油等物品從礦井底部運(yùn)輸?shù)降V井的頂端。所以說，礦井提升機(jī)是開采礦井的“咽喉”。礦井提升機(jī)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，會直接的關(guān)系到礦井的正常生產(chǎn)，但是傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)還存在一些隱患，嚴(yán)重時危及人的生命。在智能控制、高效生產(chǎn)和安全方面也有待提高，所以需要開發(fā)新的礦井提升機(jī)系統(tǒng)來實現(xiàn)這些要求。1.2PLC與變頻技術(shù)的概述PLC與變頻技術(shù)是當(dāng)前廣泛應(yīng)用的一項工控自動化技術(shù)，首先，PLC的穩(wěn)定性高是應(yīng)用于工控自動化的原因。PLC內(nèi)部自帶的光電耦合器隔離了外部的電路和內(nèi)部的電路，可以很好的免去外部電路對于控制器部分的干擾問題。變頻技術(shù)則對它的多個速度和穩(wěn)定性有較強(qiáng)的控制，避免了人為操作的時候出現(xiàn)的一些問題。因為都是智能化的控制系統(tǒng)，所以礦井提升機(jī)系統(tǒng)在設(shè)計和改進(jìn)的過程中，取得了良好的應(yīng)有效果。
2系統(tǒng)的控制原理和整體構(gòu)成
2.1礦井提升機(jī)系統(tǒng)的主要組成部分和工作原理礦井提升機(jī)系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，它的主要組成部分包括：提升容器、提升鋼絲繩、動力部分的提升機(jī)（包括機(jī)械部分和拖動部分）、礦井提升機(jī)的井架等固定設(shè)備。除此以外，他還需要有一些輔助的系統(tǒng)，比如機(jī)械傳統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)部分、觀測和控制系統(tǒng)以及制動系統(tǒng)。傳統(tǒng)的纏繞式提升機(jī)設(shè)備是一種常用的設(shè)備，它由卷筒、鋼絲繩、天輪、提升容器和平衡尾繩等組成。其的工作原理是礦井提升機(jī)的動力拖動部分是安裝在地面的提升機(jī)房。提供牽引動力的鋼絲繩一頭固定在卷筒上，另一端繞過天輪（頂端的定滑輪）之后連接到提升容器的頂端。當(dāng)滾筒在電力拖動部分拖動以后就會通過鋼絲繩帶動提升容器部分進(jìn)行上下的目的，實現(xiàn)人或者物在礦井中的運(yùn)輸。目前纏繞式礦井提升機(jī)一般應(yīng)用在較淺井的礦井之中。2.2PLC與變頻技術(shù)礦井提升機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成PLC與變頻技術(shù)礦井提升機(jī)系統(tǒng)的系統(tǒng)要求主要分為兩個部分，分別是主動指令控制和自動保護(hù)控制指令。在主動的操作指令層面，管理人員可以根據(jù)現(xiàn)場的工作情況和實際的需要，可以通過改變各種參數(shù)來實現(xiàn)礦機(jī)提升機(jī)控制系統(tǒng)工作狀態(tài)的改變。礦井提升機(jī)的主動指令操作主要包括電控系統(tǒng)工作狀態(tài)的改變，設(shè)置預(yù)定的工作流程，讓系統(tǒng)自動的按順序改變工作狀態(tài)。除了人為的設(shè)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)還可以人為的改變單個指令。比如改變系統(tǒng)的啟動、停止、加速、減速、制動等都有對應(yīng)的單個指令。系統(tǒng)下達(dá)指令以后通過PIC改變變頻器的工作狀態(tài)，實現(xiàn)多個速度的運(yùn)行，從而實現(xiàn)對機(jī)械部分的控制。另一部分是保護(hù)監(jiān)視系統(tǒng)的指令操作。根據(jù)要求事先設(shè)定的參數(shù)，當(dāng)參數(shù)不在設(shè)定的范圍時，系統(tǒng)的保護(hù)部分會自動的下達(dá)指令，讓系統(tǒng)采取措施，防止發(fā)生危險�？刂葡到y(tǒng)的保護(hù)部分主要包括：速度監(jiān)視、過卷監(jiān)視、變頻器監(jiān)視、提升容器實施監(jiān)視、過載監(jiān)視和深度監(jiān)視這幾個部分。按照具體功能的不同，礦井提升機(jī)系統(tǒng)整個控制系統(tǒng)分為行程系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)三個部分。
3礦井提升機(jī)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
3.1行程控制PLC與變頻技術(shù)的硬件構(gòu)成行程的控制是一種典型的位置控制，控制的目的是讓提升容器準(zhǔn)確的停在指定的位置。典型的比較成熟的控制硬件配置是光-電增量式轉(zhuǎn)角-脈沖變換器。具體的安裝過程是把旋轉(zhuǎn)編碼器用聯(lián)軸器固定在提升機(jī)的驅(qū)動輪上，這樣就可以把驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動變成電信號采集到PLC，再利用PLC與變頻技術(shù)上下進(jìn)程和時間、速度等進(jìn)行控制，使PLC與變頻技術(shù)礦井提升機(jī)系統(tǒng)可以正常地進(jìn)行運(yùn)作，如圖1所示。3.2PLC與變頻技術(shù)礦井提升機(jī)系統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成在這部分保護(hù)系統(tǒng)中要注意兩個方面的問題，一是電源模塊的供電問題，需要電源模塊可靠穩(wěn)定的把220V-AC轉(zhuǎn)換為24V-DC。沒有穩(wěn)定的電源PLC與變頻器輸出就不能正常的進(jìn)行。另一個部分是數(shù)模-模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的質(zhì)量，通過數(shù)字與模擬信號之間的轉(zhuǎn)換，能夠更有效、更準(zhǔn)確的處理出PLC與變頻器輸入、輸出的信號連接口，如果定時與計算出現(xiàn)了問題，那么就會造成系統(tǒng)的癱瘓，嚴(yán)重的會造成人員傷亡和機(jī)器的損壞，如圖2所示。3.3PLC與變頻技術(shù)礦井提升機(jī)系統(tǒng)控制部分的硬件構(gòu)成通過按鈕與鍵盤的輸入控制，利用模塊之間的通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換，對PLC與變頻技術(shù)的通信端口與輸出端口進(jìn)行控制，利用指令燈系統(tǒng)的與感應(yīng)系統(tǒng)的反饋，實現(xiàn)系統(tǒng)通信、運(yùn)行、報警和音頻的智能控制，如圖3所示。
4PLC與變頻技術(shù)礦井提升機(jī)系統(tǒng)的軟件構(gòu)成
系統(tǒng)主要是有三個部分構(gòu)成的，這里采用的是STEP7，編程環(huán)境在這里不做過多的贅述。編程采用模塊化的設(shè)計，在行程的控制部分，選擇的是三個模塊，分別是OB100、OB1和DB35。其中，OB100模塊的作用是用來啟動的。在該模塊中設(shè)置了程序的初始化指令，相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置也是在這個部分設(shè)置的，類似于單片機(jī)的頭文件。在上電初始化的時候，該模塊被執(zhí)行一次，保障系統(tǒng)能夠正常的啟動。但是這個部分只在PLC與變頻技術(shù)礦井提升機(jī)系統(tǒng)啟動的過程中執(zhí)行，之后不參與程序的循環(huán)。OB1模塊為循環(huán)模塊也就是常說的主程序模塊，這個部分是程序運(yùn)行時一直循環(huán)的過程。通過設(shè)計時的程序流程圖可以知道，主程序是一個主要的循環(huán)過程，在主程序循環(huán)的過程中可以調(diào)用相關(guān)的子模塊程序，SFB、SFC、FB、FC等都可以在主程序中調(diào)用出來。運(yùn)用這種模塊化的程序設(shè)計可以快速的設(shè)計，而且在調(diào)試的過程中可以很快的發(fā)現(xiàn)問題，改動的時候也不必全部的去修改。程序主要是應(yīng)用在PLC與變頻技術(shù)礦井提升機(jī)系統(tǒng)的工作與應(yīng)用。DB35是循環(huán)中斷的子程序。PLC中的程序是循環(huán)執(zhí)行的，要想做出什么改變的時候就需要中斷了。循環(huán)的時間值設(shè)定在0到60之間，具體的設(shè)置過程需要根據(jù)實際的用戶需要進(jìn)行設(shè)置。程序主要應(yīng)用在PLC與變頻技術(shù)礦井提升機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或問題時，相應(yīng)程序應(yīng)該出現(xiàn)有的中斷或中止，終端程序需要包括有：（1）需要根據(jù)用戶當(dāng)?shù)氐倪壿嬤^程給出中斷的實際值，當(dāng)需要改變程序執(zhí)行狀態(tài)的時候就要進(jìn)行中斷過程。（2）當(dāng)PLC受到傳感器傳來的故障信號的時候要馬上進(jìn)行中斷，并調(diào)到故障處理子程序部分。（3）采集的數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)定的數(shù)值誤差過大的時候也需要調(diào)用相應(yīng)的子程序模塊。變頻器技術(shù)則應(yīng)用于頻率上的控制，對時間、速度、頻率上的控制與同步起到很大的幫助。
5總結(jié)
以上是根據(jù)自己多年的PLC、變頻技術(shù)的研究和應(yīng)用寫出關(guān)于PLC與變頻技術(shù)礦井提升機(jī)系統(tǒng)的文章，其中包含了組成的硬件部分和軟件部分的程序思路以及注意事項。這種<<上接133頁新型的礦井提升機(jī)系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)在性能上有了很大的提升，達(dá)到了智能、高效、省時、省力、安全的效果。在參與設(shè)備的設(shè)計和改造時，產(chǎn)品也得到了當(dāng)?shù)貑挝坏囊恢潞迷u。當(dāng)然，在新環(huán)境中設(shè)計與安裝礦井提升機(jī)系統(tǒng)設(shè)備時，因地制宜地應(yīng)用不同的PLC及變頻器和機(jī)械設(shè)備。本文只作為部分的參考，希望能給廣大的讀者帶來一些幫助。
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