矿井提升机的现状与发(8)

图4-7 行程给定控制程序流程图

3、提升机软件实现

矿井提升机速度给定曲线的优劣对其性能的好坏有着重要影响，应用上述理想S形速度给定曲线可极大地改善矿井提升机运行特性，延长其使用寿命。在实际应用中，只要根据实际情况适当地调整最大加速度、加速度变化率，就能快速、方便地得到一条优良的S

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形速度给定曲线。另外，在程序实现上，尽管其数学模型相对复杂，浮点计算量大，但随着CPU性能的突飞猛进，PLC编程越来越容易，且不会大幅增加其CPU循环周期。在软件编程中，对提升机各运行段采用查表法，计算公式如前，这样既能避免计算量过大，又能避免占用的内存量过大。

4.3.3 本系统S形曲线相关参数设计

设定系统中A1=A2=A3=A4=0.25m/s3，则am1=am2=0.5m/s2加速段Ⅰ、加速段Ⅲ、减速段Ⅰ和减速段Ⅲ的时间均为2s。该矿副斜井提升距离为487m，设计提升最大速度为3.82m/s，爬行速度设定为0.2m/s。

根据式（5）、式（6），得到

1A3(t5?t4)2?3.32m/s 21S5?vm(t5?t4)?A3(t5?t4)2?7.31m

6v5(t)?vm?由式（8）、式（9）得到

v6?v7?am2(t7?t6)?1A4(t7?t6)2?0.7m/s 211S7?v6(t7?t6)?am2(t7?t6)2?A4(t7?t6)3?0.733m

26由式（7）得

22v5?v6S6??10.5324m

2am2爬行段设定10s，则SP=2m

根据以上计算，可以得到实际减速点Sjsd=466.42m。

4.4 PLC控制系统软件实现

西门子PLC采用模块化程序设计，功能不同的程序放在不同的子程序中，根据系统的控制要求，通过主程序调用子程序。主程序是PLC在每一个循环周期中都要执行的程序模块，一般PLC程序主体部分都放在主程序模块中；初始化模块是PLC的CPU每次由停上状态转向工作状态首先执行的程序模块，一般把初始化数据的程序放在初始化子程序中，而且在CPU停止工作之前不会再运行这个模块。 4.4.1操作保护PLC程序设计

操作保护PLC是整个控制系统的中枢，根据前面论述的功能，该部分程序主要由操作主程序、初始化子程序、可调闸子程序、主令开关子程序和保护子程序构成，主程序完成系统初始化、自检、故障诊断、调速系统控制等工作，主程序流程图如图4-8所示。

当PLC接收到来自传感器、接近开关或变频器故障等外部控制信号时，PLC控制程序转到相应的子程序，完成提升机位置、速度监控、变频器故障监控等。当有故障出现时可转到相应的故障处理子程序进行故障处理，并通过报警回路报警或安全回路实现抱闸停车。

4.4.2行程控制PLC程序设计

提升机启动阶段通过时间给定方式运行，运行至等速阶段后，比较反馈最大运行速度与设定最大运行速度确定减速点，实现准确停车。该部分程序主要由行程主程序、初始化

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子程序、理想S形曲线计算子程序、行程给定子程序和通信子程序构成。主程序流程图如图4-9所示。

图4-8 操作保护PLC主程序流程图

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图4-9 行程给定PLC主程序流程图

4.5 本章小结

本章详细介绍了矿井提升机理想 S 形速度曲线的建模及实现。矿井提升机速度给定曲线的优劣对其性能的好坏有着重要影响，应用上述理想S形速度给定对提升机实现按行程控制，可极大地改善矿井提升机运行特性，延长其使用寿命。

矿井提升负载属于典型恒转矩特性负载，电机运行状态复杂，所以对电控系统的要求更高。本章中软件设计部分是提升机调速控制系统的核心，阐述了双CPU冗余控制思想的实现，包括提升机S形速度给定，按行程对提升机进行及过卷、松绳、超速等保护，都集中在PLC软件控制部分，本章还设计出了系统控制相关的流程图。

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5 全文总结

本文所作的主要研究工作是针对潞安王庄煤矿副斜井提升机调速电控系统采用交流绕线式电机串电阻调速当中存在的提升机调速性能差、故障率高、能耗大等问题展开的。借助于现已成熟的变频调速技术，将PLC强大的控制功能与变频技术相结合，应用于提升机电控系统中，以求能够改善该矿副斜井提升机电控系统性能。在本文中主要探讨了PLC所要完成的保护控制功能及其极为重要的提升机速度控制理论与实现。为变频调速控制的实现准备了理论的基础。全文主要工作如下：

1、提升机电控系统主电路部分

结合潞安王庄煤矿生产实际情况，分析提升机工作过程及工作特点。确定基于PLC控制的大功率矿井提升机变频调速控制系统由动力系统、液压系统、监控系统、安全回路、控制核心和检测系统组成。

变频调速单元采用森兰SB70G系列SB70G200T4通用变频器。它与PLC通过模拟量输入接口相连，提升机S形速度给定曲线由PLC通过软件编程产生通过变频器模拟量输入器对电机实现调速控制。另外变频器外接电路能够实现变频器故障报警及提升机能耗制动控制。

PLC控制部分采用德国西门子(Siemens)公司生产的模块式PLC S7-300。主要接受外部控制信号，改变相应电控系统的工作状态，实现提升机启动、等速运行、减速、爬行、停车等。PLC还完成各种保护监视功能。监控内容主要包括：超速监视、过载监视、松绳监视、井筒过卷监视、变频器故障监视、矿车行程监视、深度指示器失效监视等，以上监视内容出现故障时，通过报警回路报警或安全回路实现抱闸停车保护。

调速系统将PLC与变频器相结合，大大减少了硬件器件和连接控制线，极大提高了系统的稳定性，可靠性。

2、控制系统软件设计部分

软件设计部分是提升机调速控制系统的核心。本文阐述了双CPU冗余控制思想的实现，包括提升机S形速度给定，按行程对提升机进行及过卷、松绳、超速等保护，都集中在PLC软件控制部分，除此还设计出了系统控制相关的流程图。

3、提升机速度控制理论分析

矿井提升机在矿山生产中不仅承担着运送煤及其它物料的作用，还经常被用来接送上下班的工人，因此在保证提升机的安全性之外舒适性也很重要。本文对这种理想的S形速度曲线在提升机调速控制系统中的应用进行分析论证，确定采用S形速度控制方式能够进一步提高提升机运行的安全性、舒适性。

4、保护及抗干扰措施

根据提升机对其电气控制系统的要求，本控制系统采用双CPU双PLC软冗余控制系统。在系统设计上采用隔离、滤波、屏蔽、接地等抗干扰措施。

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