【摘 要】 本文介紹了基于PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)和西門子公司S7-400 PLC構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)化電控系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)對礦井提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控，提高了系統(tǒng)的安全性。現(xiàn)場調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)工作可靠、控制精度高，完全可以滿足現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行的要求。

　　【關(guān)鍵詞】 提升機(jī)，電控系統(tǒng)，PLC PROFIBUS

　　推薦閱讀：《煤質(zhì)技術(shù)》由國家煤炭安全監(jiān)察局主管，煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院主辦，為中國期刊網(wǎng)、中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)入編期刊。

　　1、引言

　　煤礦副井提升機(jī)作為地面與井下生產(chǎn)重要的運(yùn)輸設(shè)備，礦井人員、物資設(shè)備的上下井都要靠其完成。它的安全可靠運(yùn)行對煤礦生產(chǎn)及安全有至關(guān)重要的作用。近年來隨著計算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場的廣泛應(yīng)用，提升機(jī)電控系統(tǒng)朝著自動化、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，使提升機(jī)在性能和功能方面得到很大的提高。在實(shí)現(xiàn)礦井提升運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控的同時，也能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的多重保護(hù)和遠(yuǎn)程監(jiān)測等功能，為實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)信息化管理，保證礦井安全、高效生產(chǎn)提供了一種現(xiàn)代化手段，課題研究的對象是淮南礦業(yè)(集團(tuán))公司顧橋礦副井直流提升系統(tǒng)，在根據(jù)目前提升機(jī)電控技術(shù)發(fā)展方向和其副井提升機(jī)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)需求，本文提出基于PLC控制的直流提升系統(tǒng)和現(xiàn)場總線、工業(yè)控制計算機(jī)相結(jié)合的方案，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化電控系統(tǒng)改造其原有的電控系統(tǒng)。

　　2、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化硬件結(jié)構(gòu)

　　通過將可編程控制器PLC和現(xiàn)場總線PROFIBUS(主要是PROFIBUS-DP)的應(yīng)用構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要包括：S7-400 PLC主控制系統(tǒng)、C30傳動控制系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、ABB液壓控制系統(tǒng)，這幾個系統(tǒng)是各自獨(dú)立又相互聯(lián)系。系統(tǒng)在井上、下各關(guān)鍵點(diǎn)區(qū)域控制器和設(shè)備監(jiān)控站采集的信息及控制信號，通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)交換信息以實(shí)現(xiàn)對礦井運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控。其基于PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)化電控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　在整個控制網(wǎng)絡(luò)中，主控PLC為控制主站，監(jiān)控PLC、信號PLC和C30直流調(diào)速系統(tǒng)為從站，上位機(jī)為主站，但只起監(jiān)視和參數(shù)設(shè)定作用，不直接參與控制。系統(tǒng)的所有動作由主控PLC控制，監(jiān)控PLC完成監(jiān)視和保護(hù)功能，信號PLC完成副井信號系統(tǒng)的功能。同時傳動軸上在不同位置安裝了兩個編碼器，其信號分別送到主控和監(jiān)控PLC，用于各自檢測提升機(jī)位置和速度。系統(tǒng)通過S7-400PLC將幾個子系統(tǒng)有機(jī)地融合為一體，可實(shí)現(xiàn)相互聯(lián)網(wǎng)控制和通訊。

　　2.1、S7-400 PLC主控制系統(tǒng)

　　S7-400 PLC擔(dān)負(fù)著系統(tǒng)的控制和信息傳送是主站，其他子系統(tǒng)有PaneI 235從站(內(nèi)裝ABB AC70 PLC與S7-400 PLC通訊變換網(wǎng)卡PPl0/PP20)、C30從站、信號系統(tǒng)S7-300 PLC3個，其中車房PLC在信號系統(tǒng)中是主站，井上、下口PLC是從站。主控制系統(tǒng)S7-400 PLC包括以下幾個部分。

　　(1)主處理器模塊414-2DP CPU執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)上子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸處理和執(zhí)行主控用戶程序，根據(jù)工藝要求完成控制系統(tǒng)的動作過程及子系統(tǒng)的相互通訊和數(shù)據(jù)傳送。

　　(2)高速計數(shù)模塊FM 450-1接收來自主軸的編碼器信號用于深度指示及速度比較等。

　　(3)通訊模塊S7-400 DSC/I-T主要擔(dān)負(fù)主控S7-400PLC與傳動控制系統(tǒng)C30通訊。

　　通過上位機(jī)來監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行情況，數(shù)據(jù)通過PROFIBUS總線傳送到S7-300 PLC，由MPI網(wǎng)卡561將信息傳送到上位機(jī)通過WinCC組態(tài)，顯示系統(tǒng)的運(yùn)行、故障報警及顯示、各種系統(tǒng)運(yùn)行曲線的歸檔及顯示等，同時所有控制系統(tǒng)的信息可通過上井口的信號系統(tǒng)PLC機(jī)架上的CP343工業(yè)以太網(wǎng)卡將信息上傳到信息中心。

　　2.2、全數(shù)字直流調(diào)速(C30)系統(tǒng)

　　顧橋副井提升機(jī)主傳動系統(tǒng)選用西班牙英赫特安公司產(chǎn)的全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)SISTEAM C30。系統(tǒng)具有模塊化多處理器，且結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，軟件功能豐富，遠(yuǎn)程控制和通訊等功能。

　　C30系統(tǒng)可以完成礦井提升機(jī)速度控制的要求，采用速度/電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，并能實(shí)現(xiàn)電樞回路和勵磁回路的各種保護(hù)功能。其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖2。

　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)為外環(huán)，速度給定信號Un*和TG測速反饋信號Un經(jīng)過比較環(huán)節(jié)輸入速度調(diào)節(jié)器ASR。內(nèi)環(huán)為電流調(diào)節(jié)環(huán)，ASR輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入Ui*，Ui*與電流反饋信號Ui進(jìn)行比較輸入電流調(diào)節(jié)器ACR，再輸出作為晶閘管整流橋的觸發(fā)脈沖控制電壓，經(jīng)過角度/脈沖變換模塊GT處理后，發(fā)出正反兩組橋的觸發(fā)脈沖去分別觸發(fā)兩組橋的24只晶閘管，從而改變電機(jī)的電樞電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。勵磁控制為電流閉環(huán)控制，由勵磁調(diào)節(jié)器AFR控制輸出，經(jīng)角度/脈沖變換模塊GTF處理后，發(fā)出6相觸發(fā)脈沖去觸發(fā)勵磁整流橋的6只晶閘管，實(shí)現(xiàn)電樞無環(huán)流邏輯換向。邏輯塊DLC完成的功能主要是控制電樞正組橋還是反組橋?qū)ǎ收习l(fā)生時用來封鎖電樞和勵磁的的控制脈沖。通過上述調(diào)節(jié)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。

　　C30統(tǒng)中除了實(shí)現(xiàn)罐籠的S型速度曲線運(yùn)行和相應(yīng)的故障保護(hù)外還可獨(dú)立于PLC實(shí)現(xiàn)以下功能：

　　1)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字行程控制對罐籠位置進(jìn)行精確的控制。自動減速、停車。因此，當(dāng)PLC正常時，它和PLC實(shí)現(xiàn)冗余控制。當(dāng)系統(tǒng)PLC發(fā)生故障時，實(shí)現(xiàn)罐籠的簡易運(yùn)行(可自動減速、停車)。

　　2)參與安全閘的控制，可實(shí)現(xiàn)閘的手動和自動控制，在急停車情況下，與液壓系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)二級制動。

　　2.3、信號系統(tǒng)

　　信號系統(tǒng)主要由西門子PLC S7-300、數(shù)字信號顯示器、井口信號顯示屏、候罐室信號顯示屏等組成，主要功能是：實(shí)現(xiàn)提升機(jī)運(yùn)行速度的給定，運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，過程信號的采集和數(shù)據(jù)的集中處理，運(yùn)行全過程連續(xù)速度監(jiān)視和故障處理。通過上位機(jī)管理系統(tǒng)能對行程、故障、速度等信號進(jìn)行顯示和打印，從而很好的滿足了礦井提升機(jī)對電氣控制系統(tǒng)的要求。將信號系統(tǒng)接入系統(tǒng)，使得網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加完善。

　　2.4、ABB閘控系統(tǒng)

　　顧橋礦提升機(jī)閘控系統(tǒng)由瑞典ABB公司生產(chǎn)制造，制動控制系統(tǒng)通過和提升機(jī)電控系統(tǒng)交換各種控制指令。