PLC在礦井提升机变频调速控制系统中的应用.doc

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PLC在礦井提升机变频调速控制系统中的应用

PLC在矿井提升机变频调速控制系统中的应用 摘要:矿井提升机是矿山生产最重要的设备。传统提升机转子串电阻调速电控系统存在诸多问题,如控制方式繁琐、可靠性低、调速性能差等。针对这种情况采用PLC与变频器相结合的控制方案对原有电控系统进行改造,提高整个电控系统安全可靠性、控制精度及调速性能。 关键词:提升机 电控系统 PLC 变频器 改造 1 引言 目前,我国绝大部分矿井提升机(超过80%)采用传统的交流电控系统[1]。这种电控系统起动和调速换挡过程中电流冲击大属于有级调速,调速的平滑性差;低速时机械特性较软,静差率较大;[2],采用PLC与变频器相结合的控制方案对传统电控系统进行改造,变频调速是通过改变定子供电频率,成功实现了电动机大范围的无级平滑调速,在运行过程中能随时根据电动机的负载情况,使电机始终处于最佳运行状态, 2 总体设计 基于PLC控制的大功率矿井提升机变频调速控制系统由动力装置、液压站、变频器、操作台和控制监视系统组成,系统框图如图1所示。各部分功能如下。 图1 控制系统框图 动力装置:包括主电机、减速器、卷筒、制动器和底座,完成人、物、料的运输任务。主电机通过减速器向卷筒提供牵引所需的动力。 液压站:为提升机提供制动力,停车时先通过液压站给卷筒施加机械制动力,再取消直流制动力;提升机起动时,先对电机施加直流制动,再松开机械抱闸,防止溜车,以保证系统安全可靠地工作。变频器:是动力站的能量供给单元,通过它可将输入工频电能转换成频率可调的电能提供给交流电动机,以达到控制交流电动机转速的目的。 操作台:操作台设置两个手柄,分别用于速度辅助给定及制动力给定。它是整个矿井提升机运输系统的控制核心,通过它可以设定系统的工作方式和控制方式,可以发布系统的各种控制命令,以实现对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车以及紧急制动等各种控制功能。 控制监视系统:是操作人员和控制系统及运输系统之间的桥梁,它可以在线监测提升机运输系统的各种工作参数、工作状态、故障参数和故障状态。 控制系统工作原理:当司机听到开车信号时,按下启动按钮,PLC控制将380V动力电源接入变频器。再松开液压制动闸并将主令控制器推到正向(或反向),提升机开始运行。在提升过程中,控制提升机运行的主速度给定S形速度曲线由PLC编程产生,经过A/D转换,由模拟量输出口输出,以驱动变频器工作;对变频器输出频率的调整控制,也可根据现场的工况需要,由操作台速度控制手柄以辅助给定的方式进行控制。旋转编码器可以检测主电动机的转速,并将此信号传送给可编程控制器[3],PLC通过该信号可以累计计算提升机的速度及行走距离,监视器可以时时显示提升机速度和位置。 3 变频调速主电路设计 变频器可以输出频率可调的交流电源,在变频器的控制输入回路中接入频率设定电路,本系统中通过PLC输出电压信号(0~12 V)来控制变频器的频率。另外在变频器的外围加设有声光报警输出口及制动单元,能够实现变频器故障报警和安全制动,更有效的对控制系统进行安全保护,变频调速主控电路如图2所示。 图2 变频调速总控电路 3.1 声光报警回路 变频器报警输出的动断(常闭)触点“30B-30C”串联在KM1的线圈电路内,当变频器因故障不能正常工作时,报警输出的常闭触点动作,使KM1线圈失电,将变频器与电源断开,进行安全保护。为了保护报警输出的触点,在接触器的线圈两端,并联阻容吸收电路(即RC震荡电路)。同时(常开)触点 “30B-30A”闭合,将报警指示灯HL和电笛HA接通,进行声光报警。与此同时,断电器KA1得电,其触点将声光报警电路自锁,使变频器断电后,声光报警能持续下去,直到工作人员按下ST1为止,报警才能解除。 3.2 制动控制回路 提升机负载由于惯性较大,当变频器的输出频率下降至0Hz时,常常停不住,而有“蠕动”(也称爬行)现象,在矿山提升机这种大负载机械中,蠕动现象有可能造成十分危险的后果。为此,变频器调速时应设置能耗制动和直流制动功能。 4 PLC控制系统设计 PLC是以微处理器为核心,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置,具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点,近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛应用[4]。 本调速系统选用德国西门子(Siemens)公司生产的模块式PLC S7-300,它属于模块式PLC,主要由机架、CPU 模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成[5]。其控制电路如图3所示,主要的控制功能有如下几项:主令操作控制、保护监视控制。 图3 PLC控制电

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