基于PLC控制器的矿井提升机节能控制系统研究.pdf
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1、192/矿业装备 MINING EQUIPMENT装 备0 引言矿井提升机是煤矿中使用较多的辅助运输装备,其作用是实现矿井与地面之间的联系,将人员、开采工具以及煤矿等进行运输1。运输煤矿时提升机需要不断地进行上升与下降,是使用频率非常高的机械设备,且对安全方面的性能要求非常高2。随着煤矿领域技术水平的不断提升,对提升机设备的要求越来越高,目前正朝着智能化、节能化方向发展3。传统的提升机控制系统无法实现设备的变频调速,导致电机长时间高功率运行,会产生电能浪费问题4。不仅与我国倡导的节能减排政策背道而驰,也不利于煤矿企业自身的可持续发展。针对该问题,利用 PLC 控制器和变频调速技术,设计了提升机
2、的节能控制系统,通过实践应用发现效果良好,创造了很好的安全效益和经济效益。1 矿井提升机概述以某煤矿主立井中使用的提升机为对象进行分析,该提升机型号为 2JK-3/1.36,主要用途是对煤矿进行运输,矿井深度为 98m。提升机采用双滚筒缠绕式结构,天轮直径为 3m。矿井提升机系统的主要构成如图 1 所示。由图可知,提升机主要包括电动机、液压制动装置、润滑系统、减速器、主轴装置以及电控系统等部分。液压制动装置又包含制动器和液压站两个部分,液压站型号为 TE160。润滑系统是机械装备中的重要部分,为提升润滑系统的可靠性,设计了两套润滑系统,一个作为主用,一个作为备有。目前,提升机电控系统工作时存在
3、一定的缺陷问题,无法根据实际情况对电机运行速度进行调整控制,导致设备电能消耗居高不下,增加了煤矿运输成本,有必要结合先进技术对电控系统进行技术改造,以提升设备的节能化水平5。2 节能控制系统整体方案设计2.1 整体方案设计如图 2 所示为结合实际情况设计的矿井提升机节能控制系统的整体方案框图。可以看出,系统运行时需要对提升器的深度、润滑站状态、液压站状态以及电机转速等信息进行检测,所有信号利用信号系统进行收集后,上传到 PLC 主控系统中进行综合分析,判断提升机的运行状态特别是电机输出转速状态,进而对变频器下达指令,控制变频器的输出电压频率,最终实现对电机转速的有效控制6。PLC 主控系统还与
4、上位机、操作台进行连接,接受上位机控制。PLC 使用的是西门子的 S7-300 系列控制器,作为节能控制系统的核心部分,为保证系统的正常运行,设置了两套控制器,一个作为主用,一个作为备用。信号采集系统的型号为 ET-200,同样为西门子公司产品,确保与控制器之间的兼容性。郑雪军(山西汾西矿业集团孝义煤矿管理分公司,山西孝义 032300)摘要:提升机是煤矿中的重要辅助运输设备,是煤矿中的电能消耗大户。针对传统控制系统存在的电能浪费问题,利用 PLC 控制器设计了节能控制系统。系统利用变频器对电机速度进行调整控制,以适应不同的工况条件。PLC 控制器型号为 S7-300,使用的信号采集系统型号为
5、 ET-200,均为西门子公司产品,能保证硬件之间的兼容性。基于模糊 PID 控制技术对电机输出转速进行调整控制,能提升速度调整过程的稳定性与可靠性。将系统应用到工程实践中,发现能节能 10%左右,每年可节省 100 万元左右的设备维护保养费用,经济效益良好。关键词:PLC 控制器;提升机;节能技术;控制系统基于PLC控制器的矿井提升机节能控制系统研究图1 矿井提升机的主要构成部分2023.9 矿业装备/1932.2 主要硬件设施2.2.1 PLC 控制器选用的 PLC 控制器型号为 S7-300,采用模块化设计,即控制器利用不同模块组合而成,如图 3 所示为 S7-300型 PLC 控制器的
6、模块构成。可以看出,主要包括 CPU 模块、电源模块、数字量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、功能模块、接口模块和通信处理器模块等。图中左侧 4 个模块统称为信号模块,作用是对数据信息进行输入和输出,完成数据交互。电源模块的作用是对PLC 控制器中所有的硬件设施进行供电,确保电压稳定,为硬件设施的稳定运行提供坚实基础。CPU 模块是 PLC 控制器中的核心部分,作用是存储内置算法程序,并对采集到的数据信息进行综合分析处理,性能好坏直接影响整个控制系统的运行性能。此PLC 控制器中使用的 CPU 模块型号为 314C-2DP,最大MCC 和用户内存程序容量大小分别为 8MB 和 48KB,单
7、个指令处理时间可以控制在 0.1ms 范围内。位存储器、计数器和定时器的数量分别为 2048 个、256 个和 256 个,内部集成有 DP 和 MPI 通信接口。2.2.2 高压变频器变频器的作用是将额定的 50Hz 电压转变成为不同的电压频率,供提升机的电机使用,实现对电机的转速控制。在综合考虑维护便捷性、实用性的基础上,选用国产的 JD-BP37/38 系列高压变频器。此型号变频器的主要优势如下:第一,变频器设置有 PLC 接口板,能便捷地与 PLC进行连接,并接受 PLC 的控制指令。第二,基于空间电压矢量控制技术和载波移相控制技术对电压频率进行转换,可实现提升机的软启动,保障设备启动
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