一種基於雙PLC與變頻器的礦井提升機控制裝置的製作方法
2023-09-11 09:08:00 5
本實用新型涉及採礦領域，特別涉及一種基於雙PLC與變頻器的礦井提升機控制裝置。
背景技術：
礦井提升機是煤礦、鐵礦、有色金屬礦生產過程中的重要設備，其工作過程主要是由電機經減速器帶動滾筒旋轉，鋼絲繩在滾筒上纏繞數周掛上一列一列的運料車廂，在電機的驅動下將裝滿礦物的列車從斜井拖上來或放下去。這種拖動系統要求電機頻繁地正、反轉起動，減速制動，而且電機的轉速按一定規律變化。可靠性、操作簡便化、智能化和低能耗是礦井提升機發展的方向，也直接關係到企業的生產狀況和經濟效益。
傳統斜井提升機普遍採用交流繞線式電機串電阻調速系統，電阻的投切用交流接觸器-晶閘管控制，由於調速過程中交流接觸器動作頻繁、設備運行的時間較長，交流接觸器主觸頭易氧化，從而引發設備故障，而且因採用降壓啟動，很多礦區的進線變壓器容量較小、輸出電壓低，造成工頻時常無法正常啟車。另外，提升機在減速和爬行階段的速度控制性能較差，經常會造成停車位置不準確，提升機頻繁地起動、調速和制動，在轉子外電路所串電阻的上產生相當大的功耗。這種交流繞線式電機串電阻調速系統屬於有級調速，調速的平滑性差；低速時機械特性較軟，靜差率較大；電阻上消耗的轉差功率大，節能較差；起動過程和調速換擋過程中電流衝擊大；中高速運行震動大，安全性較差。可見傳統礦井提升機電控系統在安全可靠性、調速、節能、操作、維護等方面都存在不同程度的缺陷。
技術實現要素：
為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種結構簡單、安全可靠、耗能低的基於雙PLC與變頻器的礦井提升機控制裝置。
本實用新型解決上述問題的技術方案是：一種基於雙PLC與變頻器的礦井提升機控制裝置，包括降壓變壓器、變頻器、電動機、減速箱、滾筒、運料小車、潤滑油站、液壓站、編碼器、控制單元，所述降壓變壓器的輸入端與配電網相連，降壓變壓器的輸出端經變頻器與電動機相連，電動機經減速箱與滾筒相連，滾筒與運料小車相連，所述編碼器安裝在滾筒軸上，編碼器的信號輸出端與控制單元相連，潤滑油站的輸入端與控制單元相連，潤滑油站的輸出端與減速箱相連，液壓站的輸入端與控制單元相連，液壓站的輸出端與滾筒相連，控制單元與變頻器相連。
上述基於雙PLC與變頻器的礦井提升機控制裝置還包括上位機和操作臺，上位機和操作臺分別與控制單元相連。
上述基於雙PLC與變頻器的礦井提升機控制裝置還包括直流能量儲存單元，直流能量儲存單元包括降壓斬波器和蓄電池組，電動機經降壓斬波器與蓄電池組相連，蓄電池組與變頻器相連。
上述基於雙PLC與變頻器的礦井提升機控制裝置，所述控制單元包括PLCⅠ和PLCⅡ，PLCⅠ與PLCⅡ通信連接， PLCⅠ分別與變頻器、編碼器、潤滑油站、液壓站、上位機、操作臺相連，PLCⅡ分別與變頻器、編碼器、潤滑油站、液壓站、上位機、操作臺相連。
本實用新型的有益效果在於：
1、本實用新型設有編碼器、潤滑油站、液壓站和控制單元，編碼器採集運料小車的速度與位置信號並送入控制單元，控制單元根據輸入的信號輸出相應的控制信號至變頻器、潤滑油站和液壓站，從而控制礦井提升機的升降，具有控制精度高、工作安全可靠的優點。
2、本實用新型的控制單元採用雙PLC，正常工作時，兩套PLC同時投入運行，實現了提升機的「雙線制」控制與保護，安全性能更好。
3、本實用新型設有直流能量儲存單元，直流能量儲存單元包括降壓斬波器和蓄電池組，當電動機工作在制動工作狀態時，回饋的能量通過降壓斬波器與蓄電池組連接，通過蓄電池組把能量儲存起來，儲存的直流電能可以為系統中需要的直流環節供電，特別是在電動機在需要快速制動的時候，這部分直流電能接到電動機軸上，採用直流制動功能，節能效果明顯。
附圖說明
圖1為本實用新型的結構框圖。
圖2為圖1控制單元中包含的雙PLC信號連接圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
如圖1所示，本實用新型包括降壓變壓器、變頻器、直流能量儲存單元、電動機、減速箱、滾筒、運料小車、潤滑油站、液壓站、編碼器、控制單元、上位機、操作臺，所述降壓變壓器的輸入端與配電網相連，降壓變壓器的輸出端經變頻器與電動機相連，直流能量儲存單元包括降壓斬波器和蓄電池組，電動機經降壓斬波器與蓄電池組相連，蓄電池組與變頻器相連；電動機經減速箱與滾筒相連，滾筒與運料小車相連，所述編碼器安裝在滾筒軸上，編碼器的信號輸出端與控制單元相連，潤滑油站的輸入端與控制單元相連，潤滑油站的輸出端與減速箱相連，液壓站的輸入端與控制單元相連，液壓站的輸出端與滾筒相連，控制單元與變頻器、上位機、操作臺相連。
所述控制單元中包括PLCⅠ和PLCⅡ，如圖2所示，PLCⅠ與PLCⅡ互為通信連接，兩者之間的信號可以互用並能進行控制，PLCⅠ分別與變頻器、編碼器、潤滑油站、液壓站、上位機、操作臺相連，PLCⅡ分別與變頻器、編碼器、潤滑油站、液壓站、上位機、操作臺相連。
電能通過降壓變壓器把礦山配電網的10KV電壓等級降壓為提升機控制裝置所需的380V電壓，再通過變頻器與電動機相連，變頻器可把380V/50Hz的工頻電源變為電機實際調速過程中需要的電能形式；變頻器還與直流能量儲存單元連接，直流能量儲存單元與電動機連接，能量儲存單元內包括降壓斬波器與蓄電池組，當電機工作在制動工作狀態時，把回饋的能量通過降壓斬波器與蓄電池組連接，把能量儲存起來，不採用電阻消耗，儲存的直流電能可以為系統中需要的直流環節供電，特別是在電機在需要快速制動的時候，可以把這部分直流電能接到電動機軸上，採用直流制動功能，節能效果明顯；變頻器與控制單元連接，可實現PLC對變頻器的遠程監控；電機與減速箱相連，減速箱與潤滑油站相連，潤滑油站實現對減速箱的保護；減速箱與滾筒相連，滾筒與編碼器、運料小車及液壓站連接，編碼器把運料小車的實時速度與位置信號反饋到控制單元，液壓站為提升機系統提供制動力。
操作臺與上位機組合運行，監控整個提升機控制裝置，操作臺的檯面上有轉換開關，對應自動模式、手動模式、停車模式三個檔位，還有高精度對應0~10V可調的電位器，在手動模式下，可以通過該電位器調節給定信號給變頻器的外部模擬量調速結合內置PID調節器，對提升機進行調速，上位機能夠顯示提升機各部件的運行情況、運行參數及各種控制元件的工作狀態，還可以把安裝在礦井各個部位的攝像頭中的信息上傳到上位機的液晶顯示屏上，實時監控礦井的電氣設備、工人的安全操作情況，更加確保了作業的安全性。
控制單元主要由兩套PLC組成。PLCⅠ作為主控系統，PLCⅡ作為監控系統。正常工作時，兩套PLC系統同時投入運行，實現了提升機的「雙線制」控制與保護。為了確保兩套PLC系統能同步工作，在PLCⅠ內對兩套PLC系統的位置信號和速度信號進行實時比較，一但偏差過大，就會立即報警。兩套PLC系統主要是以通訊的方式進行數據交換。
如果有一套PLC出現故障或其位置檢測元件出現故障，則可在「應急1」或「應急2」方式下，由單套PLC繼續工作。提升車在應急方式下工作時，應有的保護並沒有缺少，只是沒有了「雙線制」。但為了保證提升機運行的安全可靠性，將運行速度降為半速。如果兩套位置檢測元件出現故障，提升機只能以不超過0.5m/s的速度運行。
當提升機到達目的後，為了防止操作人員未能把硬體操作到零位，為防止下次啟動的時候出現不必要的意外狀況，設置自鎖單元，一旦電機停機，自鎖單元能夠自鎖，下次啟動的時候，要操作人員進行解鎖，才能進行下一步造作，也提高了礦井操作的安全性能。
系統出現異常情況下，相對應的指示燈和液晶顯示屏顯示報警內容，報警燈會閃爍，並發出報警聲，此時，可以按下操作臺上的應急按鈕，確保系統能夠立即斷電運行，但是制動電機的液壓系統與直流制動系統繼續工作，防止運料小車出現滑坡現象。