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基于PLC的矿井提升机智能型电控系统

的分析

摘要：矿井提升机是矿井生产的重要运输设备，为了提高其自动化程度，设计

一套智能电控系统，旨在提高提升机工作效率及安全性。本文通过对该系统的

控制程序、硬件、连接方式等进行阐述。

Key：矿井提升机;电控系统;优化设计

0引言

运输设备的可靠性及安全性是矿井生产需要保证的环节[1-2]。而目前矿井提升

系统多采用TDK控制方式，即采用异步电动机的转子回路对电阻进行串联而调

节电动机转速，但是这种调速方法的可靠性及安全性较差，且维修复杂、提升

效率较差，不能满足矿井生产繁重的提升任务，所以此类提升系统逐步被淘

汰。随着科技的进步及矿井生产要求的进一步提高，对矿井提升系统也提出了

更高要求，因此采用高性能矿井提升系统对矿井的安全生产具有重要意义[3]。

1提升机电控系统的设计方案

矿井提升机电控系统是矿井提升机的最重要的组成部分，电控系统主要由变频

器与核心处理器共同控制，通过研究选用型号为S7-300的PLC处理器。电控系

统由变频电源柜、PLC控制箱、低压配电箱、制动电阻柜、控制触摸屏等组

成，提升机电控系统设计方案结构图如图1所示。

电控系统各组件的功能如下：变频电源柜控制电控系统的速度，且可以实现能

量回馈;PLC控制箱以两套PLC电控系统为核心，其中一套PLC控制器采用自动

或手动方式控制提升机的升降、速度及闭锁、接受信号指示灯及安全闸等，另

一套PLC电控系统实现对系统运行的监控功能;制动电阻柜为实现提升机停止及

减速的动力制动;触摸屏可实现系统运行状态的画面、指示灯及仪表等的显示，

并具有通信功能，画面显示功能显示提升机位置和运行状况。

2电控系统硬件的设计与选型

2.1PLC硬件电路

通过研究选用德国西门子的S7-300硬件模块，它有接口模块、CPU模块、通讯

模块、电源模块及编程设备等。CPU模块由存储器和微处理器组成，其功能主

要是采集提升机的状态信号，实施提升机的控制程序并对设备故障进行检测，

并对系统的运行数据及程序实时存储。接口模块即数据交换模块，实现各硬件

直接的数据传输。通信模块即实施上位机、PLC控制器、I/O接口等各设备之间

的通信。设备编程采用的是STEP7.5，该软件能实现不同文件的编辑。电源模

块是为实现对其他外部设备的电源供给，将外部的220V的交流电转变为设备所

需的5V或24V电压。

2.2双PLC控制系统

使用两套PLC控制系统能明显提高提升系统的安全性与可靠性。I/O接口信息

有模拟信号和开关信号两种，开关信号就是数字信号，输出与输入的数字信号

为10和24。设计的安全回路包含两套安全回路，分别为继电器开关串联组成

的安全回路硬件与PLC软件编程的回路。电气连锁是依据矿井相关安全规程与

设备安全要求而设计的电气设备连锁。

2.3变频调速装置

变频调速装置是矿井提升机控制系统的主要组成部分，该系统对电气控制系统

有直接影响。通过研究，考虑提升系统的运行速度及提升量，提出采用交直交

调速变频方案，使用的变频器是德国西门子SM150型电源压型变频器，组成全

自动变频调速装置。装置相对直流变频系统而言，具有效率高且结构简单，能

承受更大容量和电压的优点。变频器结构使用的为钳位三电平二极管，采用

IGBT功率器件作为开关管，采用SVP-WM矢量控制方式。

2.4电控系统通信协议

设计系统采用MPI多点接口通信协议，该协议节点数目最大为32个，信息数据

传输速度为35kbit/s～12Mbit/s，在通信量需求较小的情况下，该通信方式效

果好，且经济效益明显。

3电控系统软件的设计

軟件设计部分均通过WinCC和STEP7软件界面编程来实现。系统采用程序结构

化方式来进行编程设计，整个程序由各个小程序组成，通过对各子程序单独进

行编写实现整个程序。所有的应用程序由提升机准备、辅助启动、机车操作方

式及安全回路等组成。

3.1辅助启动

辅助设备包括电机、油泵、制动装置等连锁装置，在提升机启动前应首先对辅

助设备启动，辅助设备的正常启动是系统安全顺利运行的前提条件。

3.2提升机动作准备

该程序首先对提升机是否具有启动条件进行判断，启动的条件包括辅助启动与

否、零位联锁控制及其手柄等。该程序满足时，提升机会随即启动。

3.3安全回路