关于煤矿绞车PLC控制技术及其应用的探讨

【摘 要】绞车广泛应用于煤矿生产的人员升降、矸石运输、设备转移、以及矿渣填充等作业中，目前我国煤矿绞车在实际使用中还存在着费用高、能耗大和调速过程中经常出现不动作、误动作等问题，运用PLC对绞车进行改造，可以很好地解决这一问题。本文对PLC 电控系统的组成、运行过程及对绞车运行状态的改善效果进行了介绍。

【关键词】煤矿；绞车；PLC控制；应用

0 引言

绞车是一种通过卷筒缠绕钢丝绳或链条来牵引或提升重物的起重设备，由于具有重量轻、体积小、起重量高、移动方便等优点，而被广泛应用于煤矿生产的人员升降、矸石运输、设备转移、以及矿渣填充等作业中，并因牵引力大、适用性强的特性，极大地减轻了在矿井作业中工作人员的劳动强度。调查表明，目前我国煤矿绞车在实际使用中的问题主要集中在以下两个方面：首先，费用过高、能耗过大是煤矿绞车运行的明显缺陷，由于传统绞车常利用串联电阻进行调速操作，而串联电阻系统的耗电量高，其能耗成本接近设备运行整体成本的80%，但耗电量中有很大一部分都由于井下轨道实际负载的变化而损失了；另一方面，调速电阻的控制需要技术人员在掌握其工作原理的基础上，根据经验对各种运行情况进行判断，而由于误判造成的钢丝绳被拉断、翻矸斗过卷或拉翻等问题均较为常见，加之串联电阻电路的接点多，往往会造成与行程开关配合困难的问题，导致不动作、误动作等问题的发生，造成运输过程的安全生产得不到保障。此外，为确保设备运行的安全性与稳定性，通常要求绞车维修养护人员的数量多、技术高，这又使人力资源成本进一步提高。可见，串联电阻等传统的电控方式既不利于矿山生产安全性和经济性的实现，也不符合国家节能降耗的“绿色煤矿工业”的发展思路。而要改变这一现实，达到优化系统、节能增效和净化环境的效果，将PLC 变频技术作为首选，对绞车电气控制系统进行节能改造势在必行。

1 PLC 电控系统的组成

组成PLC电控系统的单元主要有：电源模块、中央处理器（CPU）、外部设备编程器、存贮器、以及包括扩展接II与外部设备接口在内的输入/输出接口，并由电源总线、数据总线、地址总线与控制总线将各单元相连接，外部则配置相应的控制对象与控制装置。PLC电控系统可因其结构的柔性而分为固定式（包括CPU板、I/0板、显示面板、内存块、电源等）与组合式（包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块等）两种，前者是一个不可拆卸的整体，而后者可以根据实际需要按一定的规则进行组合，可扩展性更高，因而也具有更加广泛的应用空间。

目前，我国煤矿绞车所选用的PLC 变频控制系统多选用660V、50Hz 的电源，电压的波动范围控制在±10%，允许的频率波动范围通常为±2.5%。根据实际运行需要，可将输出功率设置在200kW，并确保0～50Hz 的输出频率，从而保证绞车作业能安全、高效地进行。系统应为实际生产中不同的运行环境设置保护功能，以解决设备的过流、过压、欠压等常见问题，且应以自动转矩提升功能的设置，确保处于低频运转的绞车能够满足额定转矩的规定要求。

电气控制可采用双PLC 全数字控制系统，两套PLC 与硬件电路互相冗余，完成绞车的提升控制与数字监控系统，并同时在PLC 故障时能够分别完成临时应急提升。其中防止过卷装置、过速装置、限速装置和减速功能保护应设置为相互独立的双线形式。系统的声光信号与控制回路应具有闭锁功能，并以30天作为标准，保留信号发出的次数以及时间记录。检修时将绞车运行速度设置在0.3m/s～0.5m/s 为宜，并应可调整为手动操作状态。为确保检修工作的顺利进行，操作台还应设置深度、速度、电压、电流、油压温度等指示，以确保工作人员获得的数据全面、准确、直观。

2 电控系统的运行过程

绞车的启动要求满足开车信号、开车方向、速度给定信号、与使能信号都具备的条件，并打开工作闸。而电控系统的控制原理正是基于这一要求，其运行过程由初始化开始，主要包括允许同步位的设置，绞车正转、反转、以及运行等关键位的设置，进行一系列的计算，如上、下同步点的脉冲数，油压零位等。其次，系统开始逻辑操作和集中控制，并判断安全回路是否正常。若软件安全回路出现错误，系统将利用安全闸断开液压站的电源，使其无法无法开机。

如判断为轻故障，则施工作闸，且发不出开车信号和使能信号，设备同样处于不能开机的状态。若安全回路一切正常，则检查是否收到开车信号。在有开车信号、开车方向且硬件安全回路正常的条件下，开工作闸信号分为三种情况：①手动和检修方式下，工作闸手把不为零位；②半自动方式下选上/下按钮和选择提升/下放；③自动方式下的确定按钮。在有开车信号和硬件安全回路正常的条件下，速度给定信号也分为三种情况：①手动和检修不提人方式下，主零手把后拉并选择提升或主零手把前挂并选择下放；②检修且为提人方式下直接输出；③半自动方式和自动方式下，没有停车按钮且绞车速度>0.6 m/s。使能输出信号送到变流器柜，变流器根据它才允许主电流输出，启动绞车。绞车启动后，将按照既定的速度曲线运行。再次，应判断是否到同步点并判断是否校正系数，此时系统开始执行灯显示、灯测试等程序。并把前面所作的工作，输出到指示灯，为操作和维护人员工作和维护作指示。最后，系统将判断是否到定时中断时间。如到则执行程序完成轴编码器的计算速度后返回，如未到则重新开始。

3 PLC的应用对绞车运行状态的改善效果

从将上述技术应用于煤矿绞车电控改造的实际效果来看，PLC 变频技术主要在以下几方面具有突出的优点：首先，新系统大大降低了绞车的运行成本。变频技术使运输循环中调速运行时间所占的比例相对增加，直接降低了设备运行的能源成本35% 以上，并因减少电流冲击而降低了设备的故障率，有效减少了设备的更换、维修及时间成本。其次，绞车负载随电机转速而变化，而变频技术具有精确的负载控制功能，可以确保负载量与设备输出相匹配，因此，绞车电气控制的精确程度也得到了大幅提高。此外，通过对设备停启、加减速的控制，设备机械部件与电气元件所受到的冲击都得到了缓解，煤矿运输系统运行的安全性和可靠性也得到了进一步的提升。

4 结束语

作为我国煤矿工业技术革新的重要标志之一，PLC 变频技术在煤矿绞车电气控制中体现出的种种成效都说明了进行设备节能改造的必要性和可行性。改进中应将变频系统的性能与煤矿生产的具体情况相结合，根据实际运输需要对PLC 模块进行灵活组合，使其充分发挥与作业条件相匹配的先进控制功能。相关技术人员应认真研究PLC 变频的工作原理与技术特点，将之逐步应用于矿山风机、水泵等其他设备的电气控制中，为实现我国煤矿工业技术的全面发展贡献力量。

【参考文献】

[1]田玉丽，刘东晓.平煤集团六矿矸石山绞车电控系统的改造[J].煤矿机械，2010（3）.

[2]范正翘.电力传动与自动控制系统[M].北京航空航天大学出版社，2003.

[3]马修成.基于变频技术的煤矿机电设备应用分析[J].中国新技术新产品，2009（10）.

[4]栗广亮.PLC和高压变频器在矿井提升机中的应用[J].中国设备工程，2009（3）.

[责任编辑：刘帅]