基于PLC的提升机变频调速系统

基于PLC的提升机变频调速系统【摘要】矿井提升机在煤矿生产中有着举足轻重的作用，因此对于煤矿提升机控制系统进行研究具有重要的理论和现实意义。本文以西门子S7-200为提升机电控系统控制核心器件，采用基于矢量控制的变频调速系统对原有的调速控制系统进行改造，并加入触摸屏作为人机界面。系统的控制精度、调速性能、可靠性得到了提高。【关键词】提升机；变频器；PLC；触摸屏0引言近些年来，由于电力电子技术、PC技术和自动控制技术的快速发展，变频调速控制相对于传统控制而言具有不可替代的优势。在煤炭生产过程中，提升机系统的可靠性直接影响到多个方面：煤矿的生产水平，煤矿矿工生命安全问题等。因此对PLC控制的提升机系统的研究很有必要，采用PLC控制变频器进行变频调速有良多优点，调速性能好、噪声低、可实现无级变速，具有节能、环保的性能。加入触摸屏作为人机界面使操作更加灵活方便，有助于实现实时监控，提高了矿井提升机的工作效率。1系统结构与功能1.1系统组成结构1.2部件选择与功能（1）变频器作为交流电机的调速装置，具有节能调速性能好、高效等优点。本系统选用的是POWTRAN公司的PI8000型变频器，它采用电流矢量控制技术，这种控制技术更适合提升机的特殊工作环境。该变频器可以控制功率为18.5-355kW的电机。同时该装置自身具有过欠压保护、过流保护、过负荷保护等，不需要在系统外部添加专门的保护装置。（2）PLC作为系统的核心控制单元，其具有结构简单、通用性好、功能完备、抗干扰能力强等优点，能使系统更加稳定可靠运行。本系统选用的是SIEMENS公司的S7-200系列PLC，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。为了实现对电机转速的闭环控制，本系统采用光电码器来检测电机的转速，接着利用模/数转换电路，将转速信号转换成PLC可以识别的数字信号反馈给PLC。当提升机处于工作状态时，PLC将加速、等速、减速、制动、停车等指令信号发送给变频器，变频器通过改变频率和电机的相序来实现电机的加减速和正反转。提升机在运行时需要足够的转矩，因此，在运行前，我们需要对提升机进行负荷计算，从而确保变频器的参数设置与电机相匹配。（3）触摸屏是一种人机交互界面，可以对提升机系统的实时运行信息进行显示，并可以对其运行的过程进行全方位监控。1.3PLC电气控制系统如图2所示为PLC控制变频调速系统电路，当按下启动按钮，PLC、变频器开始工作，松开制动闸后，提升机开始运行。控制系统以PLC为核心，各部分相互配合完成整个提升机的控制，提升机的正转、反转过程是相同的，都有起动、加速、中速运行、稳定运行、减速、低速运行、制动停车等七个阶段。提升机每一次运行的时间与系统的运行速度、加速度与斜井的深度都有关，各段加速度的大小根据工艺情况确定，运行的时间根据现场的状况按PLC自动操作程序工作。提升机在提升运行过程中由PLC编程产生所需要运转的速度给定S形曲线，经过A/D转换，从模拟量输出口输出所需信号，从而驱动了变频器工作，对变频器的控制进而实现变频调速。光电编码器为控制运行速度提供速度信号，将电机转速传送至PLC，从而计算出提升机的速度及上下距离，触摸屏可以实时显示提升机的速度和位置。2系统软件设计2.1PLC控制软件设计设定变频器复位、电机正反转、多段频率、安全报警、故障、起动、停止、复位、上升、下降、过卷、松绳的系列变量。PLC控制软件的主要功能是对提升机的启动、加速、等速、减速、停车等过程控制、信号采集、逻辑处理。软件设计主要包括主程序、故障处理子程序以及中断子程序两个子模块。PLC控制系统流程图如图3所示。2.2变频器参数设置变频器外部接线如下：PLC的Q0.0，Q0.1接变频器DI1，DI2；PLC的DA接变频器的AI1。变频器运转控制为外给定方式，运用自动补偿方式对转矩进行补偿，电机的控制模式选择速度传感器矢量控制。编程时，DA的给定值6400对应于变频器的10Hz，其余频率按此值成比例增加或减少，上限频率为50Hz，下限频率为0.2Hz。2.3触摸屏监控系统设计人机交互界面选用的是威纶通公司的触摸屏，型号为MT6100iv3，具有画面美观、性能可靠、操作简单、寿命长等优点。触摸屏界面由EB8000设计进行编译、设计，然后下载到触摸屏即可。触摸屏控制界面如图4所示。3结论通过对该系统的试运行，运行速度非常平稳，达到了设计的要求，实现了无级调速、闭环控制从而提高了提升机运行的安全性、可靠性。用软件实现了速度给定的S形曲线，减小运行过程中的机械冲击。同时，本系统添加了触摸屏作为人机界面实现实时监控，增强了系统的智能性。【参考文献】[1]胡雪梅，王东升.矿井提升机变频调速系统改造设计研究[J].电机与控制应用，2011，38（12）：63-64.[2]黄亮，谢青海.矿井提升机变频调速控制系统改造设计[J].煤炭技术，2012（8）：34-35.[3]邓小盾.基于西门子变频PLC的矿井提升机控制系统[J].煤炭技术，2012（10）：34-35.[4]邓利红.基于变频器与PLC的载货节能环保电梯设计[J].煤炭技术，2012（1）：57-58.[5]谢子洪，汤顺祥，王炳金，等.PLC和触摸屏技术在矿热炉中的应用[J].铁合金，2007（2）：43-45.