PLC在提升机变频控制系统中的应用

2022-09-11

可编程控制器 (PLC) 是一种数字运算操作的电子系统, 它采用一类可编程的存储器, 用于其内部存储程序, 执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数操作等面向用户的指令, 并通过数字式或输入输出控制各类型的机械或生产过程。可编程控制器及有关外部设备都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

1 可编程控制器的特点与选型

可编程控制器作为“蓝领计算机”有着其它工业控制设备很难具备的特性: (1) 高可靠性, 到目前为止没有任何一种工业控制设备可以达到可编程控制器的可靠性。随着器件水平的提高, 可编程控制器的可靠性还在继续提高。例如三菱FX1、FX2系列平均无故障时间可达30万小时。事实上, 如果某种控制装置可以连续运行20年以上不出问题, 在当前技术更新瞬息万变的世界上, 则可以认为是永远不会坏的装置了。在可编程控制器使用中发生的故障, 大部分是由可编程控制器外部的开关、传感器、执行器引起的, 而不是可编程控制器本身发生的故障。 (2) 编程方便, 易于使用, 可编程控制器采用与实际电路接线图非常接近的梯形图。这种图形编程方式易懂易编。可编程控制器适用于恶劣的工业环境。可编程控制器的接口原则是使外部接线、电平转换尽量少。

三菱FX系列是由电源、CPU、存储器和输入输出器件组成的单元型可编程控制器。而且, AC电源、DC输入型的内装DC24v电源可作为传感器的辅助电源。基本单元采用易于维修的装卸端子台。标准型内装8K步有备用电池的RAM存储器。为防止顺控程序被写入或盗用, 可以对程序存储器设定3级保护。具有丰富的输入输出扩展设备:继电器输出、三段双向可控硅开关元件输出、晶体管输出;丰富的特殊扩展设备:模拟输入输出设备、温度传感器输入、热电偶输入设备、1轴定位设备、双轴 (内插) 定位设备、脉冲输出设备、高速计数器、并联连接、N E L S C L N E T/M I N I-S 3连接设备、RS485通信设备、RS232通信设备、ID机器连接设备、模拟量模块等。

2 提升机电控系统设备要求

PLC在提升机电控系统中的运行是稳定可靠的, 这一技术值得大力推广。考虑到矿井提升机工作性质和环境的特殊性, 在具体应用时应注意以下问题。

(1) 抗干扰性。

由于矿井提升机系统工作在电磁干扰较严重的环境中, 为保证设备工作正常, 选型时应特别注意PLC的电磁兼容性指标。同时最主要部件采用导电、导磁性性能良好的材料进行屏蔽, 以防有外界干扰。

(2) 采用冗余结构。

根据对元件和系统的事故率分析以及对PLC主机工作可靠性的分析, 在影响由P L C构成的控制系统正常工作的原因中, PLC本身输入输出接口处的故障等, 都是重要因素。为保证提升机运行安全可靠, 应发展容错技术, 在安全、监视、制动等系统中, 采用有高度安全可靠性能的冗余结构形式, 一旦发生故障, 备用装置可以立即投入运行。

(3) 采用模块式结构。

这种结构有助于在故障情况下修复。因为一旦查出某一段模块出现故障, 就能迅速更换, 使系统恢复正常。

3 控制系统的I/O统计

为提高系统可靠性, PLC的输入输出信号均采用一定的信号隔离方式:输入信号, 开关量信号通过继电器隔离分配, 电平信号通过信号分配板隔离分配;输出信号, 通过中间继电器转接来控制执行对象。在设计时需统计I/O的总量, 包括开关量和模拟量, 以确定选用PLC的模块数量以及型号。

基于两套PLC一备一用, 互为热备的设想, 要求在输入上是同时输入, 信号通过继电器或信号分配板转接, 分两路同时送入两套P L C。在输出信号的处理上有三种方案:第一种是开放式输出, 即为任何时候都有输出;第二种为接管式, 即在PLC发生故障时, 断开故障PLC的输出, 同时另外一套PLC设备接管输出;第三种为不接管式, 即出现故障时断开故障PLC的输出供电, 而另一套PLC并不接管, 完成本次提升后需要将PLC的选择开关打到无故障的一方才可运行。

4 调速装置的调速方式

矿井提升机, 从电力拖动而言, 可分为交流拖动和直流拖动两大类。我国目前正在服务的矿井提升机的电控系统中, 属于交流拖动的有转子电路串电阻的调速系统;属于直流拖动的有直流发电机与直流电动机组成的G-M调速系统和晶闸管整流装置供电的V-M调速系统。

直流拖动系统一般采用他励电动机作为主拖动电机, 它具有调速性能好, 低速阶段运行稳定, 在加速, 减速和低速运行时的电耗小, 容易实现自动化控制等优点。根据供电方式的不同, 直流拖动系统又可分为两类, 一类是发电机组供电的系统 (简称G-M系统) , 一类是晶闸管供电的系统 (简称V-M系统) 。G-M系统的特点是过载能力强, 所需设备均为常规定型产品, 供货容易, 运行可靠, 维护工作量大但是技术要求不高, 对系统以外的电网不会造成有害的影响, 即不会引起电力公害等。

直流拖动系统具有调速性能好的特点, 是交流拖动系统无法相比的。而V-M系统由于具有以上一些突出的特点, 因此, 目前在大型提升机方面, 世界各国大多采用直流拖动方案, 尤以V-M系统为主。但是根据国内生产实践经验表明, V-M系统尚存在以下缺点。

(1) 晶闸管元件的过载能力 (过电压、过电流) 较低, 因此在矿井提升机系统中作为供电元件时, 为了适应瞬时过载 (例如提升机的加速阶段) 的需要, 通常将元件的容量和耐压等级都相应增大, 或者增加使用的晶闸管元件数量, 使元件作串联或并联运行, 即使用的元件在正常负载时处于低负载 (降级使用) , 以确保在过载的加速阶段, 晶闸管元件的负载仍然在额定负载的范围内, 不致由于出现过负荷时使晶闸管元件烧毁。但由于这种降级使用, 也给生产维护上增加了困难。

(2) 有冲击性的无功功率。由于高次谐波的影响, 使电网电压的波动加大并导致畸变, 即所谓引起“电力公害”;同时低速时功率因数也较低。目前, 在我国使用的多绳摩擦轮提升机, G-M直流拖动占一定比例, 而进口的直流拖动提升系统, 则全部采用V-M系统。

在调速性能方面, 交流拖动系统一般不如直流拖动系统优越, 但选用了动力制动、低频制动、可调机械闸、负荷测量、计算装载等辅助装置后, 交流拖动系统亦可获得满意的调速性能。综上原因, 交流拖动系统在我国中小型矿山或者中等深度以下矿井获得了广泛应用。

摘要：提升机系统控制单元采用目前工控适用的PLC来控制, 具有编程简单和控制可靠性高的优点;电力拖动系统中, 选用先进的变频传动装置, 运用先进的矢量控制技术, 优化了调速系统的性能。本文对PLC在提升机变频控制系统中的应用进行了研究。

关键词：PLC,提升机,变频控制系统