西門子plc網絡通信在礦井升降機控制技術
目前，大多數中國的礦井提升機(70多個)采用傳統的交流電梯控制系統。西門子plc網絡通信是一種包括繼電器邏輯電路、大型空氣接觸器和速度計發生器的接觸控制系統。經過多年的發展，西門子plcs7系列電子控制系統已經形成了自己的特點，但其缺點也很明顯。它的電路太復雜了。該系統具有中間繼電器、電氣接點和電氣連接。這使提升機停止了由電氣故障引起的事故。
采用西門子plc技術的新型電子控制系統已成功應用于礦山推廣，并積累了良好的運行經驗，克服了傳統電子控制系統的缺點，代表了交換礦山的發展趨勢，并推動電子控制技術的發展。基于plc技術的礦井升降電氣控制系統電路結構的一般設計如圖1所示。
它由以下五個部分組成：高壓主電路(包括高壓交換器、電動機、起動柜、動態制動)電源，主控制西門子plc電路，升降行程檢測和顯示電路，升降速度檢測，并增加電壓信號電路，高壓主電路部分仍采用傳統的繼電器控制電路。。
圖1礦井交流起重電氣控制系統框圖
工作過程：當井口或井底通過信號通信電路發出驅動信號時，驅動條件可用。駕駛員將制動桿向前推離開關閉位置，主電機被釋放。驅動器將主控制器的操作手柄推到前進(或后退)極限位置。主plc控制高壓換向器首先接收電力以將高壓信號發送到主電動機的定子繞組和主電動機。激活轉子電阻，然后依次移除8段電阻，實現自動加速，最后運行自然機械特性。當AC提升機運行時，旋轉編碼器跟隨主電機旋轉并輸出2列a / b相脈沖，它們分別連接到高速計數器hsc0的a / b相脈沖輸入端。西門子plc基于a / b。通過加和減hsc0自動確定脈沖的相位關系。根據hsc0的計數值，可以計算并顯示提升行程。同時，西門子plc根據旋轉編碼器的a相脈沖輸出計數。可以基于恒定間隔時間期間hsc1的計數值來計算提升速度。
1硬件設計
1.1提升機主回路部分的設計主回路用于為提升電機供電，實現電壓損失和過流保護，并控制電機的轉向和調節速度。主電路包括高壓開關設備，高壓換向器的常開觸點，動態制動接觸器的常開主觸頭，動態制動電源單元，提升電機，電機轉子電阻和恒定觸點加速接觸器磁頭(1jc~8jc)由一個指示電流表和一個安裝在駕駛員控制臺上的電壓表組成。系統原理圖如圖2所示。
圖2升降主回路系統原理圖
主要牽引電動機選擇：雖然籠式異步電動機結構簡單，價格低廉，易于維護，但難以滿足舉升機的起動和調速性能要求。因此，軸升式交流傳動系統采用繞組異步。線性異步電動機的轉子串口電阻作為主拖動電機，可以限制起動電流，增加起動扭矩，并能在一定范圍內調節轉速。第二臺6kv電源從地面變電站輸送，一路工作，一路備份，隔離開關glk1通過tg-6高壓開關柜，油開關陀螺，高壓換向線接觸器xlc主接點，正(或反向)接觸器zc(或fc)到主電機的定子。高壓開關柜內還設置了電壓互感器、電壓損耗服務線圈系統、電流互感器及過流行線圈等，用于電壓損耗或過電流保護。在syq線圈電路中，緊急停止開關jtk1和換房間鎖開關lsk也是串聯的。
1.2大多數礦井提升機使用繞組異步電動機驅動制動電路設計，在大多數情況下，使用步進開關轉子電路電阻實現速度調整。其制動系統采用晶閘管動態制動和可調制動系統。前者為電動制動，后者為機械制動。當提升機在減速段運行時，當速度在0到5℃之間時，電動制動和可調節制動不起作用;當速度在5至10之間時，電動制動限制并保持最大制動功率，同時調整制動動作，總制動功率矩增大;當超速為10時，超速繼電器gsj1作用在安全電路上，可調節的制動器將制動鼓。
晶閘管電源單元由兩部分組成，一部分是主電路，另一部分是觸發電路。采用kzg三相晶閘管動態制動系統。系統為單閉環動態制動系統。系統圖如圖3所示。從圖中可以看出，速度偏差控制和踏板控制是“或”關系。哪些信號被允許，哪些信號被允許通過，即相應的控制方法是有效的。因此，在實現單閉環控制時，駕駛員可以控制腳剎車，而在踏板控制過程中，如電梯超速，閉環系統可以監控監測功能。
圖3單閉環動態制動系統框圖
圖3單閉環動態制動系統框圖
圖4 速度參考電路
以自動調制為給定裝置時，將勵磁繞組連接到單相110v交流電，以三相同步繞組中的兩相輸出作為給定電壓的輸出。輸出電壓為交流電壓如果需要直流，應通過橋式整流器輸出。3.4動力柜內裝有動態制動電路的晶閘管整流裝置及其觸發裝置。功率制動供電裝置的輸出電壓與觸發裝置輸入的控制信號電平有關。
圖5動態制動電壓形成電路
控制信號電壓由兩個形成回路或門組成，如圖5所示。只要其中一個滿足觸發要求，就可以使用觸發晶閘管作為制動器。兩個回路，一個是實際速度和給定速度形成的速度偏差值，自動控制CF3磁放大器的輸出和動態制動輸出，另一個由司機控制自動調節器CD2的輸出進行手動調節。當手動控制動力制動系統時，駕駛員控制踏板以驅動調心機CD2的控制電壓。應進行調整以匹配磁放大器CF3的輸出。當鞋跟剛踩下，腳趾還沒有掉下來時，相當于控制開關，使DZC電氣連接，晶閘管動態制動輸入，但此時，輸出自動對中機CD2很小，動態制動電流最小。踩在駕駛員腳趾上時，自動對中機CD2的輸出最大。
在踏板動力制動和CF3輸出電路中，兩個二極管Z1和Z2分別構成門電路。兩個控制信號并聯，互不影響。
1.4行程檢測和顯示旋轉編碼器用于將電梯的運行位置轉換成脈沖。西門子plc對脈沖進行高速計數，通過相應的計算，自動生成電梯位置的相關數據，并傳送到存儲單元。西門子plc內部高速計數器。為了提高計數器的脈沖精度，采用日本歐姆龍公司的E6C CWSC型可逆旋轉編碼器。脈沖精度高，低速時不丟失。為了便于啟閉機驅動器的操作，啟閉機控制系統需要配備一個可靠的行程顯示裝置(也稱為深度指示器)，以顯示啟閉機容器在井筒中的位置。本文根據編碼器測得的距離(0-570m)，采用三個LED七段顯示屏顯示葫蘆的位置。
圖6 西門子plc數字顯示電路
在圖6所示的電路中，具有鎖存、譯碼和驅動功能的芯片CD4513驅動一個公共陰極LED七段顯示，而三個CD45-13數據輸入端A至D共用四個輸出端可編程控制器，其中A為最低位置，D為最高位置。le是一個鎖存啟用的輸入。數據輸入的BCD輸入數被鎖定在信號上升沿的片上寄存器中，數字被解碼并顯示。如果輸入不是十進制數字，則顯示將熄滅。當le高時，顯示的數字不受數據輸入信號的影響。顯然，n臺工業觸摸屏占用的輸出點是4+n.
1.5輔助電路設計輔助電路，用于輔助設備的供電和控制。輔助電路的電源電壓為380V AC，兩回路供電。輔助電路的負載包括晶閘管動力制動電源裝置、制動油泵電機、潤滑油泵電機等
2、主電機轉子電阻的計算對提升裝置的正常運行起著重要作用。
在計算起動電阻時，首先確定起動電阻的級數和加速級數。由于所選系列直接影響最大開關轉矩的增大或減小、平均起動加速度的增大或減小，甚至由于過載能力不足而使電機容量增大，因此應綜合考慮經濟合理的水平。號碼。一般來說，準備水平和加速水平的選擇如進度表所示。
三相平衡起動電阻的計算方法很多，但基本上可分為兩種：一種是根據給定的加速度計算起動電阻，另一種是充分利用過載能力。電機。由于第一種方法簡單、準確，本文采用這種方法。
3、西門子plc控制系統設計
3.1主控西門子plc網絡通訊設計根據礦井提升機的運行方式和煤礦企業的實際特點，西門子plc在國內礦井提升機機電控制系統中也得到了迅速發展。然而，從現場使用的角度來看，目前在國內煤礦提升機控制系統中，西門子plc主要用于處理開關量，以取代原有提升機控制系統中的許多繼電器、接觸器、復雜接線和信號顯示系統。涉及提升機安全運行的制動系統中的模擬和自動調節過程主要采用可調開關的通用電子模式(如半導體器件、運算放大器和晶閘管動態制動器)。
電子元件在使用過程中經常發生零漂和損壞，存在維護和重新調試困難、可靠性差等缺點，降低了電氣控制系統的可靠性。針對上述問題，研究煤礦井下提升機的控制系統是十分必要的。本文采用西門子CPU 226主機和兩個I/O擴展模塊EM223和EM222設計了主控單元可編程控制器(PLC)。設計包括40個輸入點和40個輸出點，具體的I/O接線如下。圖7顯示。
圖7主電路和擴展的i/o接線
3.2 西門子plc控制軟件設計的主程序流程圖如圖8所示。
圖8 主程序控制流程圖
圖8主程序控制流程圖
1、在高速計數器hsc0和hsc1上初始化子程序用于執行以下操作：編寫控制字，定義操作模式，清除，編寫設置，設置計時器中斷，中斷連接，并開始計算。
2、制動油泵、潤滑油泵、動態制動電源、五閥電磁鐵、四閥電磁鐵和安全閥電磁鐵控制，是交流起重機安全運行所需的輔助設備的控制。
3、顯示控制制動油過壓信號、制動油過熱信號和潤滑油過壓信號，用于控制交流起重機運行狀態。
4、繩索調整過程中用于安全防護的繩索鎖環。當雙滾輪升降改為水平調節繩時，繩子轉換開關1hk-3斷開，使繩子的連桿插入安全環。正常操作時，lhk-3打開，繩索聯鎖不起作用。
5、采用增壓信號回路，使交流升壓電機啟動或減速。
6、接近開關子程序用于監測提升機在礦井中的位置。
7、激光監測位置根據旋轉編碼器中的脈沖數顯示當前沖程位置。
8、減速信號回路和減速信號時鐘用于減速控制，并發出響鈴報警信號。
9、自動反轉工作電路和手動反轉工作電路分別用于自動和手動模式下的交流起重電機的正負控制。
10、安全線路用于預防和避免交流電葫蘆事故。
11、當交流增壓電機啟動或減速時，采用定時器控制回路和轉子電阻/關閉控制控制控制轉子電阻開關。
12、動態制動電路用于動態制動電源的輸入和切斷控制。
13、用于交流式升降電動機制動控制的踏板制動聯鎖和工作制動繼電器。結論起重機控制系統結合plc控制和tkd-a控制系統具有可靠性、安全性和方便性。
總結： 采用西門子plc網絡通信實現提升機的主控制邏輯，控制性能增加，提高自動化生產效率。關鍵是要充分發揮西門子plc的優勢，運用其綜合測量控制系統，解決限速保護等問題，與原有系統實現良好的配合，提高系統的綜合性能，并實現投入低、輸出效率高的特點。從系統應用的角度來看，還有一些問題需要進一步改進，如：網絡通信功能和先進的控制技術和智能控制策略。在現有plc技術的基礎上進一步擴大功能，將進一步促進中國的礦山升級，以及電氣控制系統的現代化水平。
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