6ES7214-2AD23-0XB8品质好货

6ES7214-2AD23-0XB8品质好货

1 引言 

目前， 我国绝大部分矿井提升机(过70%)采用传统的交流提升机电控系统(tkd-a为代表)。tkd控制系统是由继电器逻辑电路、大型空气接触器、测速发电机等组成的有触点控制系统。经过多年的发展，tkd-a系列提升机电控系统虽然已经形成了自己的特点，然而其不足之处也显而易见，它的电气线路过于复杂化，系统中间继电器、电气接点、电气联线多，造成提升机因电气故障停车事故不断发生。采用plc技术的新型电控系统都已较成功的应用于矿井提升实践，并了较好的运行经验，克服了传统电控系统的缺陷，代表着交流矿井提升机电控技术发展的趋势。 

2 总体设计方案 

基于plc技术的矿井交流提升机电控系统控制电路组成结构如图1所示，要由以下5部分组成：高压主电路(包括高压换向器、电动机、启动柜、动力制动电源)、主控plc电路、提升行程检测与显示电路、提升速度、提升信号电路，其中高压主电路部分仍采用传统的继电器控制电路。

 
图1 矿井交流提升机电控系统框图

工作过程：当井口或井底通过信号通信电路发出开车信号后，开车条件具备。司机将制动手柄向前推离紧闸位置，主电动机松闸。司机将主令控制器的操作手柄推向正向(或反向)端位置，主控plc通过程序控制高压换向器得电，使高压信号送入主电动机定子绕组，主电动机接入全部转子电阻启动，然后依次切除8段电阻，实现自动加速，后运行在自然机械特性上。交流提升机运行时，旋转编码器跟随主电动机转动，输出2列a/b相脉冲，分别接到主控plc的高速计数器hsc0的a/b相脉冲输入端，由主控plc根据a/b脉冲的相位关系，自动确定hsc0的加、减计数方式。根据hsc0的计数值，就可以计算出提升行程并显示。同时只根据旋转编码器输出的a相脉冲，主控plc进行加计数。根据hsc1在恒定间隔时间内的计数值，就可以计算出提升速度。 

3 硬件设计 

3.1 提升机主回路部分设计 

主回路用于供给提升电动机电源，实现失压、过流保护，控制电机的转向和调节转速。主回路由高压开关柜、高压换向器的常开触头、动力制动接触器的常开主触头、动力制动电源装置、提升电动机、电机转子电阻、加速接触器的常开主触头(1jc～8jc)和装在司机操作台上的指示电流表和电压表等组成。系统原理图如图2所示。

 
图2 提升机主回路系统原理图

主拖动电机选择：鼠笼式异步电动机尽管结构简单、价格、维护方便，但很难满足提升机启动和调速性能的要求，因此，矿井提升机交流拖动系统均选用绕线式异步电动机作为主拖动电动机，绕线式异步电动机转子串电阻后能限制启动电流和提高启动转矩，并能在一定范围内进行调速。地面变电所送来的二路6kv电源，一路工作，一路备用，经tgg-6型高压开关柜的隔离开关glk1、油开关gyd、高压换向器线路接触器xlc的主触头、正向(或反向)接触器zc(或fc)后到主电机的定子。在高压开关柜内还设有电压互感器yh，失压服扣线圈syq，电流互感器lh和过流脱扣线圈glq，用于失压或过流保护。在syq线圈回路中还串联接有紧急停车开关jtk1和换向器室栏栅门闭锁开关lsk。 

3.2 制动回路设计 

矿井提升机大多数采用绕线式异步电动机来拖动，且多数场合下采用有级切换转子回路电阻来实现调速。其制动系统多采用可控硅动力制动和可调闸制动系统。前者为电气制动，后者为机械制动。提升机在减速段运行中，当速度在0～5%范围内，电气制动起作用，可调闸不起作用；当速在5%～10%范围内，电气制动限幅，并维持大制动功率，同时可调闸起作用，总制动力矩增大；当速10%时，过速继电器gsj1作用于回路，可调闸将提升机滚筒闸住。 

晶闸管动力电源装置主要有两部分组成，一部分为主回路，另一部分为触发回路。本文设计中采用kzg型三相可控硅动力制动系统。此系统为单闭环动力制动系统，系统方框图如图3所示，从图中可以看出速度偏差控制和脚踏控制是“或”的关系，哪个信号大，就允许哪个信号通过，亦即相应的控制方式发挥作用。因此，单闭环控制时司机可以脚踏制动进行控制，而在脚踏控制时，如提升机速，闭环系统又可起监视保护作用。

 
图3 单闭环动制动系统方框图

3.3 速度给定回路 

速度给定方式就是按行程原则产生速度给定信号。在矿井提升机电控系统中，通常是采用凸轮板给定方法，即由凸轮板控制自整角机的输出电压。由于自整角机没有可滑动的触点，因此电压变化较平稳，工作较，维护量较小。原理图如图4所示。

 
图4 速度给定电路

自整角机作为给定装置应用时是将激磁绕组通以单相110伏交流电，在三相同步绕组中任取两相的输出作为给定电压的输出。其输出电压为交流，如需要直流则应通过桥式整流输出。 

3.4 动力制动回路 

晶闸管整流器及其触发装置成套地装在电源柜中，动力制动电源装置输出电压的大小与触发装置输入的控制信号电压的高低有关。

 
图5 动力制动电压形成回路

控制信号电压由两个回路组成一个或门电路，如图5所示。只要其中之一达到触发要求时，即可使晶闸管触发起制动作用。这两个回路，一个是由实际速度与给定速度形成的速度偏差值，自动控制cf3磁放大器的输出和动力制动输出，另一条回路由司机控制自整角机cd2的输出以实现人工调节。 

在人工控制动力制动系统时，由司机控制脚踏板带动自整角机cd2发生控制电压。调整时应使其与磁放大器cf3的输出相配合。当脚跟刚刚踩下，脚尖尚未下踏时，相当于控制开关闭和，使dzc得电吸合，晶闸管动力制动投入，但此时自整角机cd2输出很小，动力制动电流小。当司机脚尖踏下后，自整角机cd2输出大。 

在脚踏动力制动与cf3输出回路中，分别由z1和z2两个二管组成一个或门电路，此两种控制信号成并联关系，互不影响。 

3.5 行程检测与显示 

利用旋转编码器将提升机的运行位置转化为脉冲，plc对此脉冲进行高速计数，通过相应的计算自动生成提升机位置的相关数据，传送到plc内部高速计数器的存储单元。为了提高计数器的脉冲精度，选用日本omron公司的e6c-cwsc型可逆旋转编码器，其脉冲准确精度高，在低速时不会丢失脉冲。 

为了便于提升机司机操作，提升机电控系统需设置的行程显示装置(又称深度指示器)用于显示提升容器在井筒中的位置。本文设计根据编码器所测的运行距离(0～570m)，采用3个led七段显示器作为提升机位置的显示。

 
图6 plc数字显示电路

图6所示电路中，用具有锁存，译码，驱动功能的芯片cd4513驱动共阴led七段显示器，三只cd45-13的数据输入端a～d共用可编程控制器的4个输出端，其中a为位，d为位。le是锁存使能输入端，在le信号的上升沿将数据输入端输入的bcd数锁存在片内的寄存器中，并将该数译码后显示出来。如果输入的不是十进制数，显示器熄灭。le为高电平时，显示的数不受数据输入信号的影响。显然，n个显示器占用的输出点数为：4+n。 

3.6 辅助回路设计 

辅助回路是用于对辅助设备进行供电和控制的。辅助回路的电源电压为交流380v，两回路供电。辅助回路所带负荷有：晶闸管动力制动电源装置、制动油泵电动机、润滑油泵电动机等。 

4 提升机主电动机转子电阻计算 

电动机转子电阻的计算，对提升设备的正常运转有着重要的作用。进行启动电阻计算时，应确定预备级级数和加速级级数。因为所选的级数直接影响到大切换力矩的增大或减小及平均启动加速度的提高或降低，甚至由于过载能力不够而需加大电动机容量，故应考虑，选出经济合理的级数。一般情况下，预备级级数和加速级级数的选择见附表所示。 

三相平衡启动电阻的计算方法很多，但基本上可分为两种类型：一类是按给定加速度来计算启动电阻，另一类是以充分利用电动机的过载能力为出发点来计算。因类方法计算简便准确，故本文中采用此方法计算。 

5 plc控制系统设计 

5.1 主控plc控制电路设计 

根据提升机的运行方式和煤矿企业的固有特点，国产矿井提升机电控制系统中应用plc也发展很快。但从现场使用情况来看，目前，在国产煤矿提升机控制系统中，plc主要用于处理开关量，以替代老式提升机控制系统中众多的继电器、接触器、复杂的连线以及信号显示系统，而涉及到提升机运行的制动系统中的模拟量和自动调节过程，大多还是通过用半导体器件、运算放大器等可调闸和可控硅动力制动的普通电子模式来处理。使用过程中经常会出现零点移、电子元件损坏，并且存在维修及重新调试难、性差等缺点，因而使提升机电控系统的性降低。针对上述问题，深入研究用plc控制煤矿提升机控制系统是非常必要的。 

本文中主控单元可编程序控制器(plc)设计，由一个cpu226主机和两片i/o扩展模块em223和em222组成，设计含有40个输入点40个输出点，则具体i/o接线如图7所示。

 
图7 主控plc电路及扩展i/o接线

5.2 plc控制软件设计 

plc控制软件主程序流程图如图8所示。 

 
图8 主程序控制流程图

(1) 初始化子程序用于对高速计数器hsc0和hsc1进行以下操作：写控制字， 定义工作模式，清零， 写设定值，设置定时中断， 连接中断， 启动计数。 

(2)制动油泵、润滑油泵、动力制动电源、五通阀电磁铁、四通阀电磁铁和阀电磁铁等的控制属于交流提升机运行所需辅助设备的控制。 

(3) 制动油过压信号、制动油过热信号和润滑油过压信号的显示控制用于交流提升机工作状态的显示控制。 

(4) 调绳闭锁回路是在调绳过程中起保护作用。双卷简提升机换水平调绳时，调绳转换开关1hk-3断开，使调绳连锁环节串入回路。正常运行时，lhk-3接通，调绳连锁不起作用。 

(5) 提升信号回路用于对交流提升电动机启动或减速作好准备。 

(6) 位置测程序用于测量提升机在矿井中的位置。 

(7) 行程显示子程序根据旋转编码器的脉冲个数来显示当前的行程位置。 

(8) 减速信号回路和减速信号铃用于减速控制并且发出铃声提示信号。 

(9) 自动换向工作回路和手动正反转工作回路分别用于自动和手动方式下对交 流提升电动机进行正反转控制。 

(10) 回路用于防止和避免交流提升机发生意外事故。 

(11) 定时器控制回路和转子电阻通断控制用于交流提升电动机启动或减速时的转子电阻切换控制。 

(12) 动力制动回路用于动力制动电源的投入与切除控制。 

(13) 脚踏制动联锁和工作闸继电器用于交流提升电动机制动控制。 

6 结束语 

提升机的控制系统采用plc控制与tkd-a控制系统结合的方式，具有、、实现方便等优点。采用plc实现提升机主要控制逻辑， 增加控制功能，实现自动化生产。其关键是充分发挥plc的优势，利用其综合测控机制， 解决好测速、保护等问题， 实现与原系统的良好衔接， 提高系统的综合性能，达到高产出。从系统的应用情况看仍存在一些需进一步完善的问题如：网络通信功能和控制技术及策略如智能控制等，在现有plc技术的基础上进一步进行功能扩充，将会进一步提高我国矿井提升电控系统的现代化水平

但当穿爆队在井下进行Samba H1354凿岩台车实际操作和一次成井深孔施工时，由于设备采用人工定向，因而定向仪器的系统误差、人为误差均较大，致使深孔偏差率达5.2% ～10.5%(3～6。)，难以满足一次成井和下一步盘区深孔施工的精度要求，同时其定位、定向时间太长(一般为10～15 min/孔)，使得Samba H1354凿岩台车的凿岩效率不能充分发挥。 

为此，我们决定自行研制Samba H1354凿岩台车定向定位系统，提高定向仪器的精度，降低仪器的系统误差和人为误差，从而确保深孔的质量，加快设备的定向系统的操作速度，大限度地发挥该设备的优越性能。 

Samba H1354凿岩台车定向定位系统的研制应确保凿岩台车施工的深孔符合设计的精度要求，能为今后的盘区落矿和一次成井实验提供为的保;其次，应大幅度节省凿岩过程总的定位、定向时间，提高设备的使用效率;后，要降低操作人员的劳动强度，节约保养维修费用，减少维修时间，降低单位固定成本和活劳动成本。 

因此，该项目的成功实施将随着凿岩台车的大量使用而带来较大的经济效益。 

在进口Samba H1354凿岩台车上加装的定向定位自动控制系统由旋转编码器、PIE和工业图形显示器构成，可以完成凿岩台车凿岩角度的设定并自动定向定位，大大提高了凿岩台车的工作效率。 

根据阶段对凿岩台车掌握的具体数据，确定了提高定向仪器精度、减少定向仪器的系统误差和人为误差，缩短定向定位操作时间，提高凿岩台车工作效率的研制目标。具体控制要求为：定向系统精度0.6°，定向速度控制不大于1 min/孔;定向自动化率**。 

1 定向控制系统的构成 

根据我们确定的研制目标，结合深孔凿岩台车的动作方式、控制原理及井下高频振动、高温高湿的作业环境，我们进行了深入细致的讨论分析，后确定了性能优良、价格合理、适合凿岩台车工作环境的下列设备作为本系统的主要监测元件和控制器：日本光洋公司的旋转编码器，日本欧姆龙公司的CdM1系列PLC，日本Digital公司的工业图形显示器。 

凿岩台车定向定位系统主要由旋转编码器、PLC和工业图形显示器构成(见图1)。抬臂位置和转盘位置由旋转编码器，旋转编码器的角度信号进入PLC后，由PLC进行处理和运算，并通过通信口将处理后的角度信号送到工业图形显示器上显示，与此同时，通过工业图形显示器接受操作工的定位角度输入指令，根据定位角度输入指令，由PLC自动控制凿岩台车相应的电磁阀，操作凿岩臂运行到角度。 

1.1 轴定位检测系统 

Samba H1354凿岩台车凿岩定位需使轴(凿岩臂抬起放下轴、左右转动轴)在三维方向转动配合实现。尽管两轴在不同的空问运动，但它们都有各自的轴心，并绕轴心运转。对于轴定位系统，目前自控行业采用多的元件就是旋转编码器，它在机器人上得到广泛运用，具有易安装、、性高等特点。对于我们这样一个系统，采用精心安装的旋转编码器，可以胜任这样的检测任务。因此，在本系统中，两个轴的角度均采用旋转编码器来完成。 

对于凿岩臂抬起放下轴，安装旋转编码器，使旋转编码器能旋转体的角位移，旋转编码器与被旋转体安装在相同的轴心线上，在旋转体上加装随旋转体转动的附件，此附件直接与旋转编码器轴相连，当被旋转体旋转时，附件带动旋转编码器旋转，就可将旋转体角位移同步变成旋转编码器的角位移，旋转编码器角 

位移数字量上传至PLC控制系统。 

对于大臂左右转动轴，安装增量型旋转编码器，编码器轴由大圆盘周边传动。编码器会将旋转方向及圆盘转动线位移量输入PLC，通过PLC运算可以同样得到轴的角位移量。此方式可大大提高检测的度并便于安装。 

1.2 PI 控制系统 

PLC控制系统将旋转编码器送来的数字信号进行转换处理和计算后，再将角度信号送至工业图形显示器显示。 

有两种定位方式供选择，即手动和自动方式。手动方式是操作工通过工业图形显示器显示的角度，进行角度定位操作;自动方式是操作工通过工业图形显示器进行角度设定。设定完成后由PLC自动起动液压操作系统，进行轴定位操作，至设定角后，自动停车。 

为实现以上功能，所选CJM1系列PIE配置了CPU模块、输入模块、输出模块。CPU对旋转编码器信号进行处理、计算、控制;输入模块接收旋转编码器信号;输出模块通过中间继电器启动、停止液压操作系统的液压阀。 

1.3 工业图形显示器操作系统 

工业图形显示器(即人机接口)是为方便操作工操作而设置的，通过与PLC系统通信，显示器以模拟图及数字方式显示两个轴的实际运行角度;在自动方式下，通过工业图形显示器所附触摸屏可设定角度并控制台车自动定位。 

工业图形显示器选用日本Digital公司的GP370系列6英寸(1英寸=2.54 cm)彩色图形显示器。这种工业图形显示器采用明亮、清晰的彩色显示而板，1MB的画面数据存储器，可以自由地设计画而，扩展了图形数据的使用能力。的RISC100MHz CPU，加速了画面数据采集和画面切换。IP65f和NEMA4x/12的防护等级，可以使显示器在潮湿或多尘的现场条件下长期工作。触摸屏操作将复杂的控制操作变成简单的画面触摸，没有经验的操作工经过简单培训就可以使用。 

图2是安装在台车远程控制台上的图形显示器。图形显示器的下方是随凿岩台车带来的远程控制台，通过工业图形显示器的触摸屏可实现台车自动定向定位操作;而通过远程控制台可实现台车手动定向定位操作。

http://zhangqueena.b2b168.com