前言
隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，以微機(jī)處理為核心的可編程序控制器（PLC）控制已逐步取代繼電器控制，普遍應(yīng)用于各行各業(yè)的自動(dòng)控制領(lǐng)域，礦山采礦運(yùn)輸系統(tǒng)也不例外，吉林吉恩鎳業(yè)股份公司大嶺礦GKTD型提升機(jī)電控系統(tǒng)即為西門子PLC（S7-300）控制系統(tǒng)，整個(gè)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，方便維護(hù)，運(yùn)行可靠。
礦井提升機(jī)是礦山井下采礦運(yùn)輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，它承擔(dān)礦物的提升，人員的上下，材料和設(shè)備的運(yùn)送。礦井提升機(jī)作為地面與井下物質(zhì)與人員流通的運(yùn)輸工具，在操作安全性和提升控制精確性等 方面都有很高的要求。提升機(jī)的運(yùn)行直接影響礦井生產(chǎn)，而且也與礦山職工的生命安危息息相關(guān)。
原電控系統(tǒng)已運(yùn)行多年，而且均采用繼電器連鎖，模擬分立電子元件控制，使檢修和維護(hù)的難度非常大，一旦出現(xiàn)問題無(wú)法立即監(jiān)測(cè)故障點(diǎn)，各種分立電子元件容易老化，監(jiān)測(cè)和更換難度比較大。組合件都是在觸點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)下工作，由于頻繁動(dòng)作，造成觸點(diǎn)接觸不良及器件的使用壽命減少，且噪聲較大。
為了便于對(duì)提升機(jī)運(yùn)行的準(zhǔn)確操作，方便物質(zhì)與人員上 下，防止 沖罐、墜罐等惡性事故的發(fā)生，精確控制提升機(jī)任一時(shí)刻在井中的位置與運(yùn)行速度，減少系統(tǒng)的故障率,提高系統(tǒng)的可維護(hù)性.我公司根據(jù)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行和維護(hù)的要求，在細(xì)致研究原電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外提升機(jī)的運(yùn)行及改造情況，對(duì)原有的電控系統(tǒng)提出了以下改造方案。
1 方案介紹
⑴采用模塊組合式設(shè)計(jì)思想，結(jié)構(gòu)緊湊，方便、靈活、占地小，易于系統(tǒng)的維護(hù)與功能的擴(kuò)展。
⑵整機(jī)采用西門子PLC（S7-300）控制，采用內(nèi)部繼電器代替外部中間繼電器和時(shí)間繼電器,大大提高了系統(tǒng)的可靠性,減小系統(tǒng)的故障率.實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的程序化運(yùn)作和故障自診處理。運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。
⑶對(duì)于主電路過電壓過電流保護(hù)環(huán)節(jié)，保留原有的電流繼電器，主脫扣空氣開關(guān)，和逆功率繼電器。并且把節(jié)點(diǎn)送入PLC處理。
⑷在保留原來(lái)測(cè)速發(fā)電機(jī)做為測(cè)速反饋的基礎(chǔ)上，增加高精度絕對(duì)編碼器實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的位置和速度、方向監(jiān)測(cè)，運(yùn)用軟件編程，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的限位保護(hù)、等過速度保護(hù)、低速，亞同步速，爬行等進(jìn)行靈活的處理。及時(shí)發(fā)出預(yù)報(bào)警信號(hào)，故障緊急處理等。
⑸按照以電流為主時(shí)間為副的控制思想，自動(dòng)調(diào)整切除電阻的時(shí)間，保障提升機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)，而與提升負(fù)載無(wú)關(guān)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)保護(hù)，運(yùn)行保護(hù)。同時(shí)時(shí)間繼電器全部由PLC內(nèi)部繼電器,不需要進(jìn)行整定,需要的時(shí)候可以進(jìn)行手動(dòng)修改.
⑹對(duì)可調(diào)閘環(huán)節(jié)，稍作改進(jìn)，保持原有的操作方式，對(duì)其控制部分進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以接入整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制和監(jiān)測(cè)。CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)的控制處理后通過模擬量的輸出來(lái)控制模塊化的可調(diào)電源，用其對(duì)可調(diào)閘線圈進(jìn)行控制。增加了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，可靠性。
⑺對(duì)于可控硅動(dòng)力制動(dòng)環(huán)節(jié)，采用先進(jìn)的數(shù)字觸發(fā)電路，對(duì)其觸發(fā)電路進(jìn)行改造。其控制也采用CPU進(jìn)行統(tǒng)一的控制和處理。保留原有的控制方式，增加一個(gè)電壓反饋板，以進(jìn)行更加精確和可靠的控制。
⑻二次制動(dòng)由自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但手動(dòng)可以調(diào)節(jié)二次制動(dòng)的力度和時(shí)間。停電和過卷時(shí)，通過程序來(lái)實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)，實(shí)現(xiàn)連鎖。
⑼自整角機(jī)部分:除保留用于深度指示的一對(duì)感應(yīng)自整角機(jī),用于帶動(dòng)操作臺(tái)上的園盤指示器.手閘自整角機(jī),腳踏動(dòng)力制動(dòng)自整角機(jī),減速段速度給定自整角機(jī)均換為軸角轉(zhuǎn)換器。取消的原來(lái)磁放大器，采用軸角變換器把角度信號(hào)轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)1/5000的轉(zhuǎn)換精度，接入CPU進(jìn)行統(tǒng)一處理。
⑽控制系統(tǒng)的主要電器元件均采用進(jìn)口元件，大大降低了設(shè)備的故障率。
⑾對(duì)系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行全面檢測(cè)，具有提升機(jī)運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)顯示和各種保護(hù)指示，便于司機(jī)快速做出反應(yīng)，也便于檢修和維護(hù)。
⑿可由計(jì)算機(jī)來(lái)設(shè)定和監(jiān)視提升機(jī)的運(yùn)行情況，修改參數(shù)和進(jìn)行故障排除等。
2 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介
計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，為工業(yè)自動(dòng)化開辟了廣闊的發(fā)展空間，本控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，采用柜內(nèi)集中安裝，各功能模塊之間通過并行背板總線相連，將控制系統(tǒng)分成獨(dú)立而又相互聯(lián)系的子系統(tǒng)，以適合I/O分散安裝的控制程序。
CPU均采用IEC1131-3或STEP7編程語(yǔ)言，STEP 7是專為SIMATIC可編程序控制器配置和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包,它是SIMATIC公司工業(yè)控制軟件的一部分.我們要用的是關(guān)于STEP 7 SIMATIC S7-300/S7-400, SIMATIC M7-300 /M7-400,符合EN61131-3或IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn).
它具有以下功能:
⑴ 完成各種工業(yè)控制，建立和管理項(xiàng)目
⑵對(duì)硬件和通訊作組態(tài)和參數(shù)賦值
⑶管理符號(hào)及創(chuàng)建程序，向可編程序控制器下載程序，上傳數(shù)據(jù)
⑷ 診斷設(shè)備故障
⑸測(cè)試自動(dòng)控制系統(tǒng)
⑹功能強(qiáng)大的軟件處理指令
⑺具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能
軸角變送器采用自整角機(jī)或旋轉(zhuǎn)變壓器作檢測(cè)元件，運(yùn)用最新檢測(cè)技術(shù)，將旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)過的角度經(jīng)微處理器進(jìn)行處理后換算成角位移或直線位移輸出。 取消了傳統(tǒng)的SD變換，提高了轉(zhuǎn)換精度。 該模塊同傳感器組合相當(dāng)于8～16位的絕對(duì)編碼器測(cè)量精度，其性價(jià)比遠(yuǎn)高于編碼器測(cè)量方式，是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最為理想的角位測(cè)量模塊。
高精度絕對(duì)編碼器選用E6C2-A, 其精度能達(dá)到1024或更高，耐沖擊性能達(dá)到1000M/S2,具有極高的耐用性，且采用密封軸承，達(dá)到IP64防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，可以在惡劣的環(huán)境下使用。運(yùn)用軟件編程,實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的位置和速度、方向監(jiān)測(cè)，，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的限位保護(hù)、加速度保護(hù)、位置檢測(cè)，及時(shí)發(fā)出預(yù)報(bào)警信號(hào)。
3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4 系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)
由于自動(dòng)化程度的提高，極大地增加了設(shè)備運(yùn)行效率，可為企業(yè)的高產(chǎn)高效、連續(xù)生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件。廣泛吸取了當(dāng)今國(guó)際同類先進(jìn)技術(shù)，將模擬機(jī)用于控制、檢測(cè)、保護(hù)、信號(hào)等任務(wù)的硬件設(shè)備的功能由計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。經(jīng)改造后整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)能達(dá)到以下要求：
⑴系統(tǒng)的可用性
系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮了在整個(gè)工程環(huán)境中的不同因素，以保證在現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試后立即適用并進(jìn)入穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
⑵系統(tǒng)的可維護(hù)性
系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)備便于維護(hù)，各部件都具有自檢和聯(lián)機(jī)診斷校驗(yàn)的能力。軟件有備份，便于工程師維護(hù)，應(yīng)用程序易于擴(kuò)充，便于用戶自行編制的程序加入系統(tǒng)中運(yùn)行。
⑶系統(tǒng)的可靠性
系統(tǒng)在工程現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行具有很高的可靠性，其平均無(wú)故障時(shí)間MTBF≥30000小時(shí)。除了符合要求的保護(hù)和閉鎖功能外，還增加了軟件的保護(hù)功能。
⑷系統(tǒng)的容錯(cuò)能力
軟、硬件設(shè)備具有良好的容錯(cuò)能力，當(dāng)各軟、硬件功能與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的通訊出錯(cuò)，以及當(dāng)司機(jī)或運(yùn)行人員在操作過程中發(fā)生一般性錯(cuò)誤時(shí)，均不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)。行。對(duì)意外情況引起的故障，系統(tǒng)具備恢復(fù)能力。
⑸系統(tǒng)的安全性
正常情況下，硬件和軟件設(shè)備的運(yùn)行均不會(huì)危及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行和工作人員的安全。保障對(duì)設(shè)備和工作人員的安全。
⑹系統(tǒng)的抗電磁干擾能力
系統(tǒng)具有足夠的抗電磁干擾能力，加入軟件濾波，符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，確保在各種環(huán)境中的穩(wěn)定運(yùn)行。
5結(jié)束語(yǔ)
西門子PLC（S7-300）控制系統(tǒng)于2003年年底正式投入運(yùn)行，系統(tǒng)年可用率大于99.9%。該設(shè)備具有運(yùn)算速度快、控制精度高、誤差小、穩(wěn)定性好、功耗低、系統(tǒng)功能易于調(diào)整、參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
（轉(zhuǎn)載）
