1、CM&M 2023.0125基于PLC矿山智能提升机控制系统研究黄海洋 李爱丽 刘文平摘要：传统的矿山提升机控制系统采用继电器、交流接触器进行软启动控制，存在着可靠性差、操作复杂、故障率高、电能浪费大、效率低等缺点。针对 PLC 矿山智能提升机控制系统进行研究，具体包含硬件系统分析，软件系统 S7-1500 系列 PLC 的软件编程、调试，以及人机交换界面、DCS 控制系统设计等。关键词：PLC；智能提升机；人机交换；DCS 系统（中铁十九局集团矿业投资有限公司，北京 100071）1 硬件系统分析1.1 矿山提升机系统组成矿山提升机是矿山系统矿井中提升设备的动力部分，它是由电动机、减速器、主
2、轴装置、制动装置、深度指示器、电控系统和操纵台等组成硬件系统1。提升机系统组成如图 1 所示。1.2 提升机对控制系统的要求本文基于 PLC 矿山智能提升机控制系统进行研究，主要设计了新疆雅满苏铁矿提升机控制系统，在提升机内部采用互联网模式，将数据远程传送到中控室，再传送到哈密市应急服务中心。设计中，采用西门子 S7-1500 型 PLC 将速度、压力等重要数据通过数模转换。在公司中控室上位机，将提升机所采集的数据通过报表、曲线进行分析，以降低矿山不必要的能源耗损与浪费，从而达到节能减排的目的。本设计主要可实现如下目标：对于提升机不同运行速度具体工况进行分析，建立合适的控制流程，设计 1500
3、 系列 PLC 的程序及速度检测方法。基于组态画面构建，基于温度参数的自整定计算及其方法的确定，基于工程结束后的成果分析。1.3 设计提升机控制系统的意义本设计基于 PLC 矿山智能提升机控制系统，实时调控智能矿山提升机的运行数据。再通过互联网的模式，把提升机的各种变化反映到中控室监控中心，从而将这些信息及时反映给管理人员。管理人员实时根据矿井的具体环境和情况进行调整，从而确定最有利用矿石开采的最佳生产模式。2 提升机控制系统方案的设计2.1 提升机控制系统运行流程本设计系统在控制过程中不仅包括手动控制、自动控制，还应用了无线传输模块 DRM530 实现远程控制，其整个提升机的控制运行流程如图
4、 2 所示。控制系统有就地和远端控制两种工作模式，其为两套独立的系统，通过一个转换旋钮可实现功能转换。信号采集系统首先通过传感器将数矿山提升机提升机滚筒电动机主轴装置减速器深度指示器液压制动系统电控系统闸控回路液压站放大驱动调速离合器光电编码器图1 提升机系统组成26工程机械与维修TECHNOLOGY&MAINTENANCE技术维修据采集回来，再通过 1500 系列 PLC 将模拟量转换成数字量，最终将运行速度实时变化在中控室大屏上显示出来。2.2 提升机系统的监测过程基于 PLC 矿山智能提升机控制系统的监测系统由两套上位机系统组成，通过光纤传输数据，再经过交换机，将采集的数据在中控室上位机
5、组态王监控界面上显示出来。PLC 控制柜上安装了人机交换界面，实时与上位机保持同步数据显示，并与就地控制紧密结合。主要监测内容包括提升机停车点运行状态及液压站的动作流程等，监测系统框图如图 3 所示。3 基于PLC的软件控制系统设计3.1 S7-1500系列PLC简述S7-1500 系列 PLC 是目前自动化行业西门子中最新的产品，所使用的编程软件是博途 V16。由于编程软件和PLC 都是升级版本，在各行各业的使用都是相对比较多的。S7-1500 系列 PLC 通讯功能强大，能在单独的系统中独立运行，或在联机运行过程中实现复杂的控制功能2。S7-1500 系列 PLC 具有强大的性能与优良的性
6、价比，应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域。在公司实践过程中，主要应用在污水处理系统、污泥干化系统、供水系统以及智能矿山提升机系统。3.2 I/O 点数计算针对工程背景及工艺流程分析，计算出开关量、模拟量点数。表 1 数字量输入输出地址分配表。3.3 PLC外部接线图相比而言，PLC 在工业生产和自动化控制中是使用率非常高的集中控制设备。伴随着西门子 PLC 的不断更新，其逐步实现了智能远程控制3。PLC 将继电器、交流接触器触点由原来的按钮启动更换成软件启动。PLC 的正确接线是 PLC 在现场发挥功能的必要条件，因此每个技术人员对 PLC 的输入输出端子是必
7、须要熟练。一般情况下，PLC 供电电源是交流 220V，必须注意，组态王上位机自动控制字程序现场控制字程序手动控制字程序远程控制数字量输入模拟量输入开始自动控制是是否否报警处理发现报警图 2 提升机的控制运行流程图3 监测系统框图变频器变频器变频器变频器HMIHMI以太网模块以太网模块交换机2号上位机1号上位机TCP/IP数字量模块数字量模块模拟量模块模拟量模块CPU1CPU2恒减速控制阀组恒减速控制阀组蓄能器蓄能器电磁阀电磁阀表 1 数字量输入输出地址分配表输入地址输出地址系统初始化%I0.0系统初始化显示%Q0.0手自动选择%I0.1验绳%Q0.1急停按钮%I0.2灌轮%Q0.2自动选择模
8、式%I0.3过载%Q0.3自动启动信号%I0.4开车%Q0.4停车点显示%I0.5松绳%Q0.5超高限位%I0.6液压阀%Q0.6超低限位%I0.7检修%Q0.7CM&M 2023.0127参考文献1 弭洪涛.PLC 技术实用教程基于西门子 S7-300M.电子工 业出版社.2016.2 弭洪涛,杨伟鸿.西门子 PLC 实验实习指导书 M.2019.3 苑景胜.热水锅炉集中供热运行方式优化 J.科技与企业,2015 (9):64-654 王振臣,刘薇,杨丽华,等.基于 PLC 的供热网络远程监控系 统研究 J.传感技术学报，2019(3):436-439.5 孙清典,刘玉峰.矿山系统气候补偿变
9、频控制器的开发与应用 J.建筑节能,2016(8):12-14.不能将 380V 接入，负责接入将 会 烧 毁 PLC。一 般 而 言，端子输入都采用 DC24V，而输出将根据具体的实际情况而定。通常有 3 种情况，分别是220V、380V、24V 作为4。PLC 具体接线端子接线如图 4所示。3.4 触摸屏界面设计提升机控制系统将分为三种工作方式，分别为手动、自动、定值。手动模式运行状态，是由公司操作人员到提升机井口对系统进行手动就地控制。此种模式只有在自动运行系统发生故障时紧急使用。定值模式运行状态，用于提升机系统稳定运行的状态下对速度大小进行调节。自动模式运行是根据公司对系统要求进行无人
10、值守远程控制，系统会根据不同距离进行减速、加速、停止、开门、语音播报等一系列操作5。为了提高整个系统在自动运行模式下的安全性，在系统中安装保护装置，并在编程过程中设置了软件保护。若系统稳定运行状态下发生故障，则系统将会自动停止运行，并在公司总部中控室发出报警提醒。上位机中控监控如图 5所示。4 结语传统的矿山提升机控制系统采用继电器、交流接触器进行软启动控制，存在着可靠性差、操作复杂、故障率高、电能浪费大、效率低等缺点。针对 PLC 矿山智能提升机控制系统进行研究，具体包含硬件系统分析，软件系统 S7-1500 系列 PLC 的软件编程、调试，以及人机交换界面、DCS 控制系统设计等。该系统不仅在人机交换界面上实现对设备的实时监控，而且通过以太网还能实现智能远程上位机中控室监控与外网访问系统。管理人员实时根据矿井的具体环境和情况进行调整，可确定最有利用矿石开采的最佳生产模式。图4 接线端子图图5 中控监控图