摘 要：針對斜井提升機控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀，通過分析變頻調(diào)速的工作原理，提出技術(shù)方案，從軟硬件功能兩方面設(shè)計基于PLC邏輯控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，并對其技術(shù)性能進行了必要的分析和說明。

關(guān)鍵詞：能量回饋；節(jié)能；PLC邏輯控制

1 概述

目前，大多數(shù)中小礦井使用斜井絞車提升，普遍采用交流繞線式電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)，電阻的投切采用繼電器交流接觸器控制。這種控制系統(tǒng)在每天連續(xù)20小時以上調(diào)速過程中，接觸器動作頻繁，提升機交流接觸器主觸頭容易氧化，故障頻發(fā)；提升機在爬行階段，需要低速電動運行，電動機的轉(zhuǎn)子電路需要投入大量的電阻，其機械特性很軟；提升機的工況復雜，有時負載小、速度快，有時負載大、速度慢，這就需要通過多次通電或投切電阻來控制提升速度，從而導致速度不穩(wěn)定，操作困難。串電阻調(diào)速屬于有極調(diào)速，平滑性差、靜差率較大，啟動過程和變速過程電流沖擊大，中高速運行震動大，安全性較差。在低速時投入了大量的轉(zhuǎn)子電阻，消耗了很大一部分的能量，控制保護回路采用簡單的繼電器硬線路接線繁瑣，可靠性差，故障率高。以至于這種調(diào)速方法很不經(jīng)濟。而基于PLC邏輯控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)具有：（1）完善的故障診斷能力，維護方便；（2）可靠性高，相對穩(wěn)定性好；（3）調(diào)速平滑性好，效率高。（4）起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯；（5）易于實現(xiàn)過程自動化等優(yōu)點，在斜井提升機中發(fā)揮了極其重要的作用。

2 系統(tǒng)實施方案

系統(tǒng)采用ABB公司ACS800四象限變頻器，可以實現(xiàn)全頻率（0-300HZ）范圍內(nèi)直接轉(zhuǎn)矩控制?？刂葡到y(tǒng)采用西門子PEOFIBUS-DP的現(xiàn)場線，雙PLC冗余，遠程I / O控制。全數(shù)字智能型監(jiān)控器取代機械監(jiān)控器，對提升機進行全行程位置速度監(jiān)控。提升機變頻調(diào)速方案如圖1所示。

3 方案的實施和技術(shù)優(yōu)勢

3.1 直接轉(zhuǎn)矩（DTC）變頻調(diào)速部分

3.1.1 硬件構(gòu)成

斜井提升負載是典型的摩擦性負載，重載提升時，電機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩要克服負載阻力轉(zhuǎn)矩，啟動時還要克服一定的靜摩擦力，電機工作在第一象限，處于電動狀態(tài)；重載下放時，電機工作在第二象限，處于再生制動狀態(tài)，當另外一輛重車提升時，電機處于反向電動狀態(tài)，工作在第三或第四象限。ACS800-17選用的IGBT單元是四象限模式開關(guān)變流器，其硬件構(gòu)成如圖2所示。

3.1.2 能量回饋

斜井提升需要單獨運送材料及工具下井時，電機純粹處于第二或第四象限，此時電機長期處于再生制動狀態(tài)。四象限的變頻器能源可再生供電單元允許能量在電動模式和發(fā)電模式之間轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了電機再生制動期間能量向電網(wǎng)的回饋。

3.2 PLC邏輯控制及保護部分

3.2.1 操控系統(tǒng)的構(gòu)成

網(wǎng)絡(luò)化操控系統(tǒng)采用西門子公司S7-300（主控，從控）雙PLC控制，實現(xiàn)提升工藝的控制及雙線程位置速度的保護。網(wǎng)絡(luò)化操控部分（含雙線程保護部分）、網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)采用PROFIBUS組成現(xiàn)場總線。

3.2.2 操控系統(tǒng)硬件的構(gòu)成

（1）電源模板PS307：電源模板通過底板總線向SIMATIC S7-300提供5V DC和24V DC 直流電源。（2）CPU模板315-2DP：CPU模板CPU315-2DP是高性能處理器，384K字節(jié)RAM，負載存貯器內(nèi)裝256K字節(jié)RAM，可擴充到最大64M字節(jié)，2個PROFIBUS-DP接口作為主站和PROFIBUS分布式總線系統(tǒng)連接。（3）計數(shù)模板FM350-1：FM350-1是單純計數(shù)任務(wù)的單通道計數(shù)模板。直接連接增量編碼器，達到比較值時，集成的數(shù)字輸出端輸出響應(yīng)。通過計數(shù)值可以準確得知提升容器的提升速度和深度數(shù)據(jù)。（4）數(shù)字量輸入模板SM321：數(shù)字量輸入模板將外部過程傳送來的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成內(nèi)部S7-400信號電平。（5）數(shù)字量輸出模板SM322：數(shù)字量輸出模板將S7-300的內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換所需要的外部信號電平。（6）模擬量輸入模板SM331：模擬量輸入模板從外部的過程模擬信號轉(zhuǎn)換成S7-300內(nèi)部處理用的數(shù)字信號。（7）模擬量輸出模板SM332：將S7-300的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成控制需要的模擬量信號輸出，用于連接模擬量調(diào)節(jié)器，執(zhí)行機構(gòu)。

3.3 操控系統(tǒng)軟件功能的實現(xiàn)及技術(shù)特點

軟件設(shè)計是操控系統(tǒng)的一個重要組成部分，是控制策略和方法應(yīng)用的載體，系統(tǒng)運行和性能的優(yōu)劣主要取決于軟件設(shè)計的應(yīng)用。（1）安全回路的作用：當提升機系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時能夠停止提升機運行，并防止重新啟動，以防事故進一步惡化。當有此類故障發(fā)生時，信號觸發(fā)了安全回路，則可以使的機械安全制動，電氣停車，或禁止提升機的下一個提升周期。（2）同步校正采樣：準確完成脈沖數(shù)的采樣以及特定位置的校正。（3）深度計數(shù)處理：將計數(shù)模板采集的脈沖數(shù)通過一系列的運算，得到串車實際運行的深度值，再以此深度值為基礎(chǔ)，預設(shè)各種位置信號。（4）模擬量運算：通過線性運算處理所有模擬量輸入/輸出數(shù)據(jù)。（5）數(shù)字量處理：根據(jù)條件判斷處理所有開關(guān)量輸入/輸出狀態(tài)及指令。（6）速度給定保護：根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)給出提升機在不同工況要求下的速度給定；根據(jù)速度編碼器的反饋判斷提升機運行狀況，做出超速速度保護曲線。（7）閘控給定保護：根據(jù)主控發(fā)出的開車，停車，緊急制動等指令，控制液壓站油泵電機、電磁閥、比例溢流閥；依據(jù)模擬量和數(shù)字量采集的液壓站運行，油溫、油壓等信號判斷其工作狀態(tài)，做出相應(yīng)的超溫、過壓、液位低、殘壓高等一些列保護。

4 結(jié)束語

通過以上幾個方面的分析，在斜井提升機使用PLC邏輯控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，用四象限變頻調(diào)速，節(jié)能成效顯著，經(jīng)初步測算節(jié)能達45%以上，取得了很好的經(jīng)濟效益；采用PLC控制技術(shù)取代斜井提升機傳統(tǒng)、落后的純硬件繼電器控制系統(tǒng)；采用先進的故障分析方法對提升機系統(tǒng)故障進行監(jiān)控取代原有的故障診斷系統(tǒng)；采用先進的計算機控制技術(shù)實現(xiàn)斜井提升機的微機管理與控制，從而保證斜井提升機安全、可靠地運行。隨著PLC（可編程邏輯控制器）和工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)以及變頻調(diào)速技術(shù)的日臻完善，替代原有的繼電器控制及串電阻有極調(diào)速將是一種必然趨勢。

參考文獻

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作者簡介：楊學敏，華亭煤業(yè)集團有限公司新莊煤礦，機電工程師。