摘要：在对矿井提升机教学培训装置的构成分析基础上，对其控制系统的功能进行设计，确立了以双PLC控制的变频调速控制策略。依据控制系统功能对主要硬件和软件进行了分析和设计。对控制系统的主要硬件进行了选型，并给出了控制系统关键回路的详细原理图。软件设计部分，阐述了提升机正常工作过程模拟的软件工作过程和演示保护实施过程与原理的软件实现方法。
关键词：控制系统；PLC；提升机
中图分类号：TD534 文献标志码：A 文章编号：1003－0794（2016）03－0005－03
1提升机培训装置的构成
提升机培训装置由井架模型、罐笼模型、牵引绳、提升机主轴模型、制动器、液压站和电控系统等构成。提升机主轴模型主要是模拟単绳缠绕式提升机主轴装置做正、反转实现钢丝绳的卷取与释放，制动器是提升机主轴装置的制动系统，制动器合闸提供主轴装置减速停车的制动力矩，井架、井筒、天轮模型模拟提升机系统的井筒、井架与天轮，给牵引钢丝和罐笼提供支撑与运行空间。电气控制系统是培训装置的核心系统，主要实现对液压站和主轴电机的控制，完成模拟提升系统的所有功能。
2培训装置电气控制系统功能设计
交流变频调速控制系统是提升机主流控制系统，目前大都采用双PLC+变频器的实现模式，双PLC实现信号采集、逻辑控制和保护实施，变频器实现对主轴电机的驱动调速。为使教学培训装置真实模拟提升系统，其电气控制系统也采用双PLC+变频器实现模式。提升机教学培训装置用途是培训学员安全使用和维护提升机的能力，因此电气控制系统必须具备以下控制功能：（1）提升机正常工作过程模拟提升机提升/下放操作、加速/减速控制、制动/停车控制、信号联锁等；（2）演示提升机保护实施过程与原理人为触发提升机故障，演示故障发生后保护实施的过程，同时让培训人员清晰地了解保护实施原理与排除方法。
3电气控制系统硬件设计
电气控制系统硬件设计主要包括硬件选型与电路原理图设计工作，其中硬件选型要综合考虑系统功能、输入/输出信号类型、数量以及电气元件性价比要素做出的选择。电气原理图设计要根据选型的电气元件与系统功能进行设计。（1）电气控制系统主要硬件选型硬件选型之前根据控制方案和系统功能，首先确立系统输入/输出信号类别和大致数量。①教学培训装置电气控制系统主要控制对象有液压站的油泵电机、电磁换向阀和比例溢流阀，驱动主轴电机的变频器；②控制系统需要采集的信号有高速脉冲信号、数字量开关信号、模拟量输入信号。高速脉冲信号指来自光电旋转编码器和双向霍尔传感器的信号，反映罐笼行程和速度的高速脉冲；数字量开关信号主要指按钮输入信号和上/下过卷行程开关、上/下减速位置开关、弹簧疲劳开关、闸瓦磨损开关、液压油温高和液压油压力高等开关信号；模拟量输入信号指手闸给定电压信号（0-10VDC）和速度给定信号（0-10VDC）；③控制系统输出的信号有数字量信号和模拟量信号。输出数字量信号有变频器正/反转使能信号、液压站电磁换向阀使能信号、安全回路使能信号、工作闸使能信号和指示灯信号等；模拟量输出信号有液压站比例溢流阀控制信号（0~10VDC）和变频器速度给定信号（0~10VDC）；④教学培训装置的关键硬件包括完成信号采集、控制和运算的可编程逻辑控制器（PLC）及其扩展模块；用于驱动调速主轴电机的变频器和实现人机交互的人机界面。电气控制系统采用双PLC+变频器实现模式，双PLC即采用2台PLC以主/从通讯方式来实现保护的双线检测，变频器即主轴电机采用变频调速。（2）电气控制系统关键电路设计根据控制系统功能与选型的关键硬件对控制系统关键电路进行设计。控制系统关键电路包括安全继电器回路、工作闸回路、油压给定回路、速度给定回路、液压站电磁换向阀控制回路等，在此仅对安全继电器回路进行阐述。安全继电器回路是电控有无故障的首要判断条件，也是提升机正常工作的先决条件，煤矿安全规程规定的关键保护最终都将引起安全回路继电器失电，安全继电器回路原理图如图1所示。安全回路继电器的触点与液压站、变频器联锁。安全回路继电器掉电后液压站停止、变频器停止输出，实现提升机制动停车。
4电气控制系统软件设计
依据电气控制系统的功能与硬件电路原理图，对控制系统的软件进行设计。控制系统采用2台PLC的主/从通讯控制，主/从PLC程序编写前，对2台PLC的主/从通讯模式进行组态设定，在台达的DeltaWPLSoft编程环境下，利用PLCLinkConfiguration向导工具，对主PLC的通讯端口、波特率、通讯延时、从站号以及主/从PLC交换数据区等进行设定。程序编写统筹考虑主站PLC与从站PLC数据交换区的共享数据，主从PLC检测的外部信号共享，编码器数据共享。台达ES2系列PLC主/从通讯以字类型（WORD）交换数据，需要将外部检测的位（BIT）标志信号利用MOV命令将位数据转化为字数据。电气控制系统的具体功能实现方法：（1）提升机正常工作过程模拟提升机正常工作前，必须具备以下几个联锁条件：具有开车信号、安全回路正常和液压站已经启动。开车信号由井底信号点数决定，井底正常打点后，控制系统将根据信号点数确定控制开车信号并自动选择开车方向。开车信号正常，才能按开车信号选定的开车方向开车。根据安全继电器回路原理图可知其正常吸合条件很多，其中软件安全回路1继电器（A1J）必须得电，A1J继电器由过速保护、过卷/过放、变频器故障、油压高、松绳保护、编码器断线和深度指示器失效等保护的软件常闭点串联控制，即当主PLC检测无故障时，输出继电器A1J，软件安全回路2与软件安全回路1实现方法相同。安全回路正常，开车信号具备后，启动液压站，根据开车方向推开主令与手闸手柄，控制系统将按照手闸给定控制液压站油压，打开工作闸。同时系统将主令给定运算后送给变频器作为速度给定。模拟提升机的一个顺序工作过程的软件流程图如图2所示，流程图中每次停车之后，程序都跳转至安全回路是否正常开始执行。（2）演示提升机保护实施过程与原理演示提升机保护实施过程与原理的软件逻辑关系相对简单，保护实施就是使安全回路继电器失电，结果是工作闸制动抱闸。主/从PLC实施保护就是使软件安全回路1/软件安全回路2继电器失电，PLC软件根据罐笼的行程判定工作闸是实施紧急制动还是二级制动。为使学员了解保护的原理与排除方法，触摸屏上需显示保护工作原理以及提示保护排除方法。利用DOPSoft软件对触摸屏进行画面设计。在DOPSoft软件中利用子画面与报警设置功能，实现某种保护实施时，弹出相应保护实施的子画面，子画面显示保护实施原理与保护排除方法。DOPSoft软件报警设置的起始地址是Word类型，因此，PLC软件需要将保护实施置位的中间继电器，按连续16bit用MOV指令赋值给报警地址寄存器转换为Word类型。
5结语
提升机教学培训装置的机械部分、液压部分以及电气控制系统，经过联机调试。电气控制系统能实现提升机的提升、下放、制动和停车的整个工作过程。现场提升机的整个操作流程和工作过程得以模拟再现，使学员身临其境，对提升机的整个工作过程有深刻的认识，保护实施与保护排除演示功能使学员掌握了提升机各种保护的实施过程、原理以及排除方法。提升机教学培训装置很好地满足了学员的培训学习需要。
参考文献：
［1］王满利.基于PROFIBUS的提升机双PLC热备控制系统研究［J］.矿山机械，2010（3）：44-46.
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［3］马振寰.基于SI急诊医学论文EMENSPLC的提升机保护系统设计［J］.煤矿机械，2014，35（11）：229-230.
作者：王满利 王帅 单位：河南理工大学工程训练中心 河南理工大学电气工程与自动化学院
