PLC控制系统程序升级及性能应用技术

论文矿井提升机电控系统矿井提升机电控PLC控制系统程序升级及性能应用技术山西新富升自动化工程有限公司宫建忠2015年8月矿井提升机电控PLC控制系统程序升级及性能应用技术摘要随着大规模集成电路和计算机技术的飞速发展，提升机的拖动控制技术也得到了极大的提升。PLC控制变频调速系统的全数字控制方式得到了广泛的应用。PLC控制变频调速电控系统的可靠性好，精度高、抗干扰能力强，编程直观、简单，功能完善，同时降低了能源消耗等特点，对提升机实现了速度、电流的闭环调节；具有上位监控系统，实现多画面实时监控，多参量数码及曲线显示、记录，各种故障的报警及记录，所记录的图表、曲线进行存盘保存，实现自动化控制。关键词：矿井提升机电控；PLC技术；上位机监控1引言矿井提升机对于煤矿而言，它扮演着关键的角色，担负着升降人员、提升矿物、运送材料以及升降设备、工具等任务，是沟通矿井地面与井下的运输设备，是矿井的重要设备之一，对矿井生产起着至关重要的作用。因此它对电气拖动系统的安全性、可靠性、高效率、控制方便、舒适等各方面要求很高。目前我公司生产的TKDG系列电气控制设备使用PLC程序为以前编写的程序，随着工业控制要求的不断发展，对提升机的控制要求也越来越高，原系统的控制性能、安全性、操作简便等各方面已满足不了使用要求；针对以上问题，我们对原系统进行了系统整体升级，把PLC程序进行了整改编写，上位机监控软件进行了从新编写，硬件进行了优化，使整个系统达到最佳使用性能。2系统升级内容及功能2.1PLC控制程序升级项及功能PLC可编程逻辑控制器以其独有优势而在工业控制领域应用相当广泛，通过顺序控制、开关质量控制及闭环控制等实际应用来实现电气自动化控制的优化与改善，有效提高电气自动化控制的自动化水平，进而更加适应各种工业生产过程的控制需要，为提高工业生产质量与效率奠定可靠的基础保障。随着科学技术的发展与进步，及工业生产改革进一步深化的需求，PLC控制系统也会不断更新与改进，在电气自动化发展的控制方面发挥更加重要的作用。此次对PLC程序做出如下升级:1）调绳控制回路：在双筒提升机系统中有调绳功能，在调绳过程中属于提升机运行最为危险环节之一，所以控制系统必须做好在调绳当中的安全控制及保护功能，本次升级对调绳控制回路做出更改，使系统在调绳过程或正常运行中更加安全可靠、操作简便；增加了“调绳闸瓦连锁”开关，在调绳过程中监测到游动滚筒制动器在打开状态时，实现安全制动，防止游动滚筒溜车现象。增加了“离合器脱开”故障，在提升机正常运行时，监测到提升机离合器脱开现象时，断开安全回路，实现安全制动，防止故障进一步矿大。2）包络图控制回路：提升机在加减速运行过程中，主要是以包络图的计算曲线来控制提升机运行速度的大小。原系统包络图计算曲线是由人工计算好一个系数值，根据系数值大小来完成包络线运行速度的给定。由于是人工计算有可能存在误差精度不高或计算错误等现象；还有更改减速段距离时，必须从新计算包络线系数值，造成更改减速段距离时很不方便。此次对包络图控制回路做出优化，包络线系数值由系统自己计算系数值大小，精度高、安全稳定、运行可靠，并且在安全距离可以随意设定减速段距离，操作方便、调试简单等优点。3）开车信号回路闭锁：在提升机准备运行时，开车信号也是一个重要环节，如果开车司机听错信号或没有听清楚就准备开车，有可能就造成重大安全隐患。在原系统当中，信号闭锁不是很完善，只要有开车信号开车方向还是由绞车司机来选定，有可能造成误操作。在优化以后，只要投入信号装置，控制系统接收到信号装置给入的信号自动选择运行方向，操作司机根据运行方向就可以进行开车，操作简单运行安全。4）安全回路：当提升机的正常工作状态遭到破坏时，通过安全回路能够及时切断电动机电源并进行安全制动，确保提升机安全运行；故提升机电控要设置安全回路。本次系统升级以后对安全回路做出更进一步的优化，使设备运行比老系统更安全、更可靠。具有三条安全保护回路，其中，软件安全回路两条、硬件安全回路一条(如图2.1.1、2.1.2、2.1.3)，关键环节采用三重或多重保护，比如过卷、超速等。多条安全保护回路之间互相冗余，保证矿山设备的高效、安全运转。轻重故障具有声、光报警。安全回路的保护由以下几个部分组成：图2.1.1主PLC安全回路图2.1.2辅PLC安全回路图2.1.3硬件总安全回路主令零位联锁：当主令手柄处于中间零位时，零位监测开关常闭点不动作，允许安全回路接通；当安全回路断开后，主令手柄必须回到零位安全回路才允许重新接通。工作闸紧闸联锁：当工作闸手柄在紧闸位置时，紧闸位监测开关常闭点不动作，允许安全回路接通；当安全回路断开后，工作闸手柄必须在紧闸位置时，安全回路才允许重新接通。调绳调闸连锁：调绳调闸1HK转换开关必须在“正常”位置时，允许安全回路接通。调绳离合器在复位状态时，复位离合器监测开关常闭点不动作，允许安全回路接通。调绳离合器在打开状态时，离合器打开监测开关动作给入控制系统常闭点信号，安全回路不允许接通；必须把调绳连锁旋钮开关打到开的位置，调绳调闸转换开关在调绳的位置，并且调绳闸瓦连锁监测开关常开点不动作，安全回路才允许接通。过卷保护：过卷开关装在深度指示器上、井架上或编码器数字软开关，当提升容器超出正常停车位置0.5米（竖井）时，相应的过卷开关动作或编码器计算的深度到达过卷位置时，断开安全回路，实现安全制动保护。当提升容器运行过卷后，根据容器的过卷方向选择过卷复位转换开关FW位置，安全回路才能重新接通，提升机只能向过卷的反方向开车。待过卷开关复位，停车并将FW过卷复位转换开关重新打到正常位置。断路器欠压保护：当断路器合闸时，其常开触点动作为常闭控制继电器，使安全回路通电。当断路器由于短路﹑过负荷﹑欠压﹑失压﹑司机紧急停车等原因而掉电时，断开安全回路，实现安全制动保护，断路器重新合闸，安全回路才允许重新接通。制动油过压保护：液压站工作油压超过规定要求时，压力表开关触点动作闭合，断开安全回路，实现安全制动保护。制动油残压保护：液压站制动油残压（≥0.2MPa～≤0.5MPa）超过规定要求时，压力表开关触点动作，断开安全回路，实现安全制动保护。等速超速保护：当提升机运行速度超过额定速度的15%时，断开安全回路，实现安全制动保护。减速段超速保护：当提升机运行至减速点时，给减速信号后，待减速报警完成后，若实时运行速度超过给定速度12%时，断开安全回路，实现安全制动保护。爬行段超速保护：当提升机运行至爬行段时，给入爬行段信号后，若实时运行速度超过给定速度12%时，断开安全回路，实现安全制动保护。两米超速保护：当提升机运行至减速段与爬行段时，给减速信号后，待减速报警完成后，若运行速度超过2m/s时，断开安全回路，实现安全制动保护。松绳保护：当提升机发生松绳现象时，松绳开关延时数秒(≤4s)后动作，断开安全回路，实现安全制动保护。深度失效保护：当矿井提升机正常运行时，装在深度指示器上的失效装置或主机上的编码器没有发出信号时，断开安全回路，实现安全制动保护。调速装置保护：当调速装置发生故障时，断开安全回路，实现安全制动保护。测速机断线保护：当提升机正常运行时，装在主机上的测速机没有发出信号，断开安全回路，实现安全制动保护。深度误差保护：主、辅PLC之间的数字深度误差，装在主机上的其中一组编码器没有发出信号或PLC没有检测到信号时，断开安全回路，实现安全制动保护。包络线速度差保护：主、辅PLC之间的包络图计算速度误差，装在主机上的两套编码器监测信号不一致或包络图速度计算错误时，断开安全回路，实现安全制动保护。错向保护：当提升机准备运行时，装在主机上的编码器发出与开车信号相反的方向或主令控制器与开车信号相反的方向时，断开安全回路，实现安全制动保护。闸瓦磨损保护：装在主机制动器上的数字闸间隙保护装置监测到闸皮磨损时发出信号，断开安全回路，实现安全制动保护。有运行命令无运行反馈保护：当提升机运行时，运行给定命令已发出但无运行反馈信号时，断开安全回路，实现安全制动保护。无运行命令溜车保护：无运行给定命令但编码器监测到有运行速度时，断开安全回路，实现安全制动保护。停车不紧闸溜车保护：当提升机在停车状态但工作闸不在紧闸位置时，编码器监测到有运行速度时，断开安全回路，实现安全制动保护。紧闸位溜车保护：当工作闸在紧闸位置时，编码器监测到有运行速度时，断开安全回路，实现安全制动保护。5）可调闸控制回路：可调闸控制回路主要控制液压站给盘型制动器提供不同油压的压力值，以获得不同的制动力矩，以及调绳装置所需要的油压，当提升机发生故障时提供二级制动控制。在原系统中可调闸控制回路还不太完善，在重载启动开车时，如果工作闸手柄给定制动油压力过快，制动器已处于敞闸状态，但此时电机力矩还没有达到启动力矩，可能造成溜车现象，从在安全隐患；每次启动开车时，工作闸手柄与主令控制器必须配合好才能安全启动运行，给司机造成很大的操作困难。本次升级可调闸控制回路进行从新优化，增加了电机电流、运行速度与可调闸压力控制信号的连锁，实现闭环控制。在启动时电机力矩与制动器制动力矩闭锁，电机启动力矩越大制动器制动力矩越小，也就是工作闸控制手柄给定再高，油压压力值也会随着电机力矩增大而逐步增加，不会随着工作闸手柄给定越高制动器压力值越高，从而达到安全启动运行，开车操作简便。在运行当中，实际运行速度超过给定速度12%时，制动工作压力值减小，增大制动力矩，降低实际运行速度，达到可调闸闭环控制。2.2上位监控系统（1）简介：上位监控系统是采集提升机系统运行的实际参数、工作状态、运行故障等，经过数据处理和分析，生成系统静态配置图、动态数据监视图、报表系统图、故障记录图等，所记录的图表、曲线等数据进行存盘保存。一般上位机与过程控制机（一台或多台PLC）构成一个分布式计算机系统，如下图所示：图2.2.1上位机的一般构成（2）监控系统配置与组成：提升机上位机监控系统，选用工控机与PLC进行网络通讯，如图2.2.1所示：利用自行开发设计的监控软件，实现实时多画面监控，已达到监控目的。1)在电控系统内配置通讯单元，用通讯电缆将其连接到工控机的通讯端口上。2)在司机操作室内配置工控机，工控机内装入监控软件。（3）主要功能：监控系统形成后，可根据需要，随时切换当前工作画面。本次系统升级以后，上位机增加了更多的数据显示与信号状态监视，极大的方便操作人员与设备维护人员。增加了参数设置画面，直接在上位机上就可更改运行数据参数（例如：井筒深度等开关设置），极大方便了用户的使用，可随意更改数据等参数。主要监控功能数据有：显示系统概貌，提升容器位置动态，提升系统动静态画面生成（如提升过程动态，显示速度动态曲线(给定与实际)，电压、电流动态曲线），安全回路，提升信号，液压站电磁阀工作状态等等。具有对提升机系统发生的轻、重故障进行诊断和保存，能显示故障发生的位置、时间、原因以及故障前的有关数据参数，对深度、速度实时值、提升种类、信号情况进行实时显示并记录的功能。如图所示：图2.2.2上位机主监控画面图2.2.3上位机状态监控画面图2.2.4上位机故障监控画面图2.2.5上位机数据监控画面图2.2.6上位机参数设置画面图2.2.7上位机数据存盘画面图2.2.8上位机故障存盘画面2.3系统硬件对原控制系统中的一部分硬件回路做出优化整改，使整个系统更加完善，控制合理简便。1）开车信号系统信号对接口：信号系统的显示装置安装在操作室方便观察与接收信号，提升机控制系统需与信号系统进行控制信号的对接闭锁；在原系统中与信号系统的信号对接口在控制柜中，使对接信号的连接电缆距离较长，容易造成信号源干扰、安装不易、经济浪费等缺陷。本次优化后，信号系统的信号对接口更改到操作台中，与信号系统对接信号的连接电缆距离缩短，信号源干扰小、安装简单、控制合理等特点。2）比例溢流阀电源回路：给定比例溢流阀DC0～1000mA的控制信号，给盘型制动器提供不同油压的压力值，以获得不同的制动力矩。原系统比例溢流阀电源回路为：-TC5变