煤矿副井提升机网络化电控系统的研究

　　【摘 要】 本文介绍了基于PROFIBUS现场总线技术和西门子公司S7-400 PLC构成的网络化电控系统组成，实现对矿井提升机运行状态进行全面监控，提高了系统的安全性。现场调试和运行结果表明，该系统工作可靠、控制精度高，完全可以满足现场生产运行的要求。

　　【关键词】 提升机，电控系统，PLC PROFIBUS

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　　1、引言

　　煤矿副井提升机作为地面与井下生产重要的运输设备，矿井人员、物资设备的上下井都要靠其完成。它的安全可靠运行对煤矿生产及安全有至关重要的作用。近年来随着计算机控制技术、现场总线技术在工业现场的广泛应用，提升机电控系统朝着自动化、数字化、智能化、网络化的方向发展，使提升机在性能和功能方面得到很大的提高。在实现矿井提升运行情况进行监控的同时，也能实现系统的多重保护和远程监测等功能，为实现矿井提升机信息化管理，保证矿井安全、高效生产提供了一种现代化手段，课题研究的对象是淮南矿业(集团)公司顾桥矿副井直流提升系统，在根据目前提升机电控技术发展方向和其副井提升机的实际运转需求，本文提出基于PLC控制的直流提升系统和现场总线、工业控制计算机相结合的方案，构成网络化电控系统改造其原有的电控系统。

　　2、系统网络化硬件结构

　　通过将可编程控制器PLC和现场总线PROFIBUS(主要是PROFIBUS-DP)的应用构成网络化电控系统结构，主要包括：S7-400 PLC主控制系统、C30传动控制系统、信号系统、ABB液压控制系统，这几个系统是各自独立又相互联系。系统在井上、下各关键点区域控制器和设备监控站采集的信息及控制信号，通过工业以太网实交换信息以实现对矿井运行状态进行全面监控。其基于PROFIBUS的网络化电控系统的系统结构如图1所示。

　　在整个控制网络中，主控PLC为控制主站，监控PLC、信号PLC和C30直流调速系统为从站，上位机为主站，但只起监视和参数设定作用，不直接参与控制。系统的所有动作由主控PLC控制，监控PLC完成监视和保护功能，信号PLC完成副井信号系统的功能。同时传动轴上在不同位置安装了两个编码器，其信号分别送到主控和监控PLC，用于各自检测提升机位置和速度。系统通过S7-400PLC将几个子系统有机地融合为一体，可实现相互联网控制和通讯。

　　2.1、S7-400 PLC主控制系统

　　S7-400 PLC担负着系统的控制和信息传送是主站，其他子系统有PaneI 235从站(内装ABB AC70 PLC与S7-400 PLC通讯变换网卡PPl0/PP20)、C30从站、信号系统S7-300 PLC3个，其中车房PLC在信号系统中是主站，井上、下口PLC是从站。主控制系统S7-400 PLC包括以下几个部分。

　　(1)主处理器模块414-2DP CPU执行网络上子系统之间的数据传输处理和执行主控用户程序，根据工艺要求完成控制系统的动作过程及子系统的相互通讯和数据传送。

　　(2)高速计数模块FM 450-1接收来自主轴的编码器信号用于深度指示及速度比较等。

　　(3)通讯模块S7-400 DSC/I-T主要担负主控S7-400PLC与传动控制系统C30通讯。

　　通过上位机来监视系统的运行情况，数据通过PROFIBUS总线传送到S7-300 PLC，由MPI网卡561将信息传送到上位机通过WinCC组态，显示系统的运行、故障报警及显示、各种系统运行曲线的归档及显示等，同时所有控制系统的信息可通过上井口的信号系统PLC机架上的CP343工业以太网卡将信息上传到信息中心。

　　2.2、全数字直流调速(C30)系统

　　顾桥副井提升机主传动系统选用西班牙英赫特安公司产的全数字直流调速系统SISTEAM C30。系统具有模块化多处理器，且结构简单，响应速度快，软件功能丰富，远程控制和通讯等功能。

　　C30系统可以完成矿井提升机速度控制的要求，采用速度/电流双闭环调节，并能实现电枢回路和励磁回路的各种保护功能。其控制系统结构图见图2。

　　转速调节环为外环，速度给定信号Un*和TG测速反馈信号Un经过比较环节输入速度调节器ASR。内环为电流调节环，ASR输出作为电流调节器的输入Ui*，Ui*与电流反馈信号Ui进行比较输入电流调节器ACR，再输出作为晶闸管整流桥的触发脉冲控制电压，经过角度/脉冲变换模块GT处理后，发出正反两组桥的触发脉冲去分别触发两组桥的24只晶闸管，从而改变电机的电枢电压，达到调节转速的目的。励磁控制为电流闭环控制，由励磁调节器AFR控制输出，经角度/脉冲变换模块GTF处理后，发出6相触发脉冲去触发励磁整流桥的6只晶闸管，实现电枢无环流逻辑换向。逻辑块DLC完成的功能主要是控制电枢正组桥还是反组桥导通，故障发生时用来封锁电枢和励磁的的控制脉冲。通过上述调节，系统可实现无级调速。

　　C30统中除了实现罐笼的S型速度曲线运行和相应的故障保护外还可独立于PLC实现以下功能：

　　1)实现全数字行程控制对罐笼位置进行精确的控制。自动减速、停车。因此，当PLC正常时，它和PLC实现冗余控制。当系统PLC发生故障时，实现罐笼的简易运行(可自动减速、停车)。

　　2)参与安全闸的控制，可实现闸的手动和自动控制，在急停车情况下，与液压系统配合，实现二级制动。

　　2.3、信号系统

　　信号系统主要由西门子PLC S7-300、数字信号显示器、井口信号显示屏、候罐室信号显示屏等组成，主要功能是：实现提升机运行速度的给定，运行状态的监控，过程信号的采集和数据的集中处理，运行全过程连续速度监视和故障处理。通过上位机管理系统能对行程、故障、速度等信号进行显示和打印，从而很好的满足了矿井提升机对电气控制系统的要求。将信号系统接入系统，使得网络的系统结构更加完善。

　　2.4、ABB闸控系统

　　顾桥矿提升机闸控系统由瑞典ABB公司生产制造，制动控制系统通过和提升机电控系统交换各种控制指令。

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文章名称： 煤矿副井提升机网络化电控系统的研究

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