1、基于PLC的提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)【摘 要】礦井提升機在煤礦生產(chǎn)中有著舉足輕重的作用，因此對于煤礦提升機控制系統(tǒng)進行研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文以西門子S7-200為提升機電控系統(tǒng)控制核心器件，采用基于矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)對原有的調(diào)速控制系統(tǒng)進行改造，并加入觸摸屏作為人機界面。系統(tǒng)的控制精度、調(diào)速性能、可靠性得到了提高?！娟P(guān)鍵詞】提升機；變頻器；PLC ；觸摸屏0 引言近些年來，由于電力電子技術(shù)、PC技術(shù)和自動控制技術(shù)的快速發(fā)展，變頻調(diào)速控制相對于傳統(tǒng)控制而言具有不可替代的優(yōu)勢。在煤炭生產(chǎn)過程中，提升機系統(tǒng)的可靠性直接影響到多個方面：煤礦的生產(chǎn)水平，煤礦礦工生命安全問題等。因此對PLC控制

2、的提升機系統(tǒng)的研究很有必要，采用PLC控制變頻器進行變頻調(diào)速有良多優(yōu)點，調(diào)速性能好、噪聲低、可實現(xiàn)無級變速，具有節(jié)能、環(huán)保的性能。加入觸摸屏作為人機界面使操作更加靈活方便，有助于實現(xiàn)實時監(jiān)控，提高了礦井提升機的工作效率。1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能1.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)1.2 部件選擇與功能（1）變頻器作為交流電機的調(diào)速裝置，具有節(jié)能調(diào)速性能好、高效等優(yōu)點。本系統(tǒng)選用的是POWTRAN公司的PI8000型變頻器，它采用電流矢量控制技術(shù)，這種控制技術(shù)更適合提升機的特殊工作環(huán)境。該變頻器可以控制功率為18.5-355kW的電機。同時該裝置自身具有過欠壓保護、過流保護、過負荷保護等，不需要在系統(tǒng)外部添加專門的保

3、護裝置。（2）PLC作為系統(tǒng)的核心控制單元，其具有結(jié)構(gòu)簡單、通用性好、功能完備、抗干擾能力強等優(yōu)點，能使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠運行。本系統(tǒng)選用的是SIEMENS公司的S7-200系列PLC，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。為了實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制，本系統(tǒng)采用光電碼器來檢測電機的轉(zhuǎn)速，接著利用模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成PLC可以識別的數(shù)字信號反饋給PLC。當提升機處于工作狀態(tài)時，PLC將加速、等速、減速、制動、停車等指令信號發(fā)送給變頻器，變頻器通過改變頻率和電機

4、的相序來實現(xiàn)電機的加減速和正反轉(zhuǎn)。提升機在運行時需要足夠的轉(zhuǎn)矩，因此，在運行前，我們需要對提升機進行負荷計算，從而確保變頻器的參數(shù)設(shè)置與電機相匹配。（3）觸摸屏是一種人機交互界面，可以對提升機系統(tǒng)的實時運行信息進行顯示，并可以對其運行的過程進行全方位監(jiān)控。1.3 PLC電氣控制系統(tǒng)如圖2所示為PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)電路，當按下啟動按鈕，PLC、變頻器開始工作，松開制動閘后，提升機開始運行?？刂葡到y(tǒng)以PLC為核心，各部分相互配合完成整個提升機的控制，提升機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)過程是相同的，都有起動、加速、中速運行、穩(wěn)定運行、減速、低速運行、制動停車等七個階段。提升機每一次運行的時間與系統(tǒng)的運行速度、加速

5、度與斜井的深度都有關(guān)，各段加速度的大小根據(jù)工藝情況確定，運行的時間根據(jù)現(xiàn)場的狀況按PLC自動操作程序工作。提升機在提升運行過程中由PLC編程產(chǎn)生所需要運轉(zhuǎn)的速度給定S形曲線，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，從模擬量輸出口輸出所需信號，從而驅(qū)動了變頻器工作，對變頻器的控制進而實現(xiàn)變頻調(diào)速。光電編碼器為控制運行速度提供速度信號，將電機轉(zhuǎn)速傳送至PLC，從而計算出提升機的速度及上下距離，觸摸屏可以實時顯示提升機的速度和位置。2 系統(tǒng)軟件設(shè)計2.1 PLC控制軟件設(shè)計設(shè)定變頻器復(fù)位、電機正反轉(zhuǎn)、多段頻率、安全報警、故障、起動、停止、復(fù)位、上升、下降、過卷、松繩的系列變量。PLC控制軟件的主要功能是對提升機的啟動、加速

6、、等速、減速、停車等過程控制、信號采集、邏輯處理。軟件設(shè)計主要包括主程序、故障處理子程序以及中斷子程序兩個子模塊。PLC控制系統(tǒng)流程圖如圖3所示。2.2 變頻器參數(shù)設(shè)置變頻器外部接線如下：PLC的Q0.0，Q0.1接變頻器DI1，DI2；PLC的DA接變頻器的AI1。變頻器運轉(zhuǎn)控制為外給定方式，運用自動補償方式對轉(zhuǎn)矩進行補償，電機的控制模式選擇速度傳感器矢量控制。編程時，DA的給定值6400對應(yīng)于變頻器的10Hz，其余頻率按此值成比例增加或減少，上限頻率為50Hz，下限頻率為0.2Hz。2.3 觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計人機交互界面選用的是威綸通公司的觸摸屏，型號為MT6100iv3，具有畫面美觀、性

7、能可靠、操作簡單、壽命長等優(yōu)點。觸摸屏界面由EB8000設(shè)計進行編譯、設(shè)計，然后下載到觸摸屏即可。觸摸屏控制界面如圖4所示。3 結(jié)論通過對該系統(tǒng)的試運行，運行速度非常平穩(wěn)，達到了設(shè)計的要求，實現(xiàn)了無級調(diào)速、閉環(huán)控制從而提高了提升機運行的安全性、可靠性。用軟件實現(xiàn)了速度給定的S形曲線，減小運行過程中的機械沖擊。同時，本系統(tǒng)添加了觸摸屏作為人機界面實現(xiàn)實時監(jiān)控，增強了系統(tǒng)的智能性?！緟⒖嘉墨I】1胡雪梅，王東升.礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)改造設(shè)計研究J.電機與控制應(yīng)用，2011，38（12）：63-64.2黃亮，謝青海.礦井提升機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)改造設(shè)計J.煤炭技術(shù)，2012（8）：34-35.3鄧小盾.基于西門子變頻PLC的礦井提升機控制系統(tǒng)J.煤炭技術(shù)，2