礦井提升機PLC電控系統(tǒng)技術(shù)改造淺析

商鐵軍

(凡口鉛鋅礦, 廣東韶關(guān)市 512325)

礦井提升機PLC電控系統(tǒng)技術(shù)改造淺析

商鐵軍

(凡口鉛鋅礦, 廣東韶關(guān)市 512325)

針對凡口鉛鋅礦新副井提升機電控系統(tǒng)出現(xiàn)的多種問題,對提升機電控系統(tǒng)進(jìn)行PLC控制技術(shù)改造、可編程程序控制,并提出 PLC控制系統(tǒng)抗干擾問題的解決方法。自改造后設(shè)備運行良好,保證了提升機安全。

繼電器;PLC控制;改造;提升機

1 設(shè)備現(xiàn)狀

凡口鉛鋅礦新副井采用多繩摩擦式提升機,該提升機是該礦的重要生產(chǎn)設(shè)備,擔(dān)負(fù)著礦山一半以上人員和材料上下井的作業(yè)任務(wù)。新副井提升機電控系統(tǒng)于 1999年 6月投入使用,已經(jīng)服務(wù)接近 12 a,電控系統(tǒng)老化殘舊,可靠性變低,期間出現(xiàn)多次影響提升機安全運行的多種問題,可維護(hù)性能差。且電控整體設(shè)計理念不夠成熟,關(guān)鍵的主要控制器MDD I(多功能數(shù)字多功能指示器)備件非標(biāo) (需特制)且缺乏,MDD I器件為某研究院自行研制,未對礦方進(jìn)行技術(shù)交底及資料移交,出現(xiàn)問題時技術(shù)人員難以維護(hù),直接影響了提升機的安全高效運行。歷年來驅(qū)動 6RA24裝置也多次出現(xiàn)功率單元 (可控硅及快熔)燒毀影響生產(chǎn)事件。6月份出現(xiàn)減速后速度降不下來的不安全現(xiàn)象,檢查為減速繼電器觸點不穩(wěn)定給定值懸空造成,且并聯(lián) SITOR柜部分控制電路板缺乏,備件購買不到。信號系統(tǒng)通訊的可靠性也差,經(jīng)常出現(xiàn)問題,造成信號影響電控控制。液壓制動系統(tǒng)沿用了老式 TS151型液壓站,只有二級制動,在提升機高速跳閘制動時不利于機械設(shè)備系統(tǒng),所造成沖擊力損傷鋼絲繩,同時對乘罐人員造成很大的沖擊,不利于人身安全?？傊?電控核心控制部分存在著諸多不確定的因素,不利于設(shè)備安全可靠運行,嚴(yán)重影響提升機的正常運轉(zhuǎn)。

2 PLC電控系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 PLC電控系統(tǒng)原理

根據(jù)現(xiàn)場實際情況及微機保護(hù)逐漸投入電力系統(tǒng)控制,用 PLC控制技術(shù)替代繼電器控制是確保提升機安全運行的有效途徑之一。選用 PLC控制模塊化結(jié)合 SIEMENS7-300系列可編程控制器,組態(tài)網(wǎng) STEP7監(jiān)控系統(tǒng)。用數(shù)字技術(shù)通過預(yù)先按照一定規(guī)則 (語言)制定的計算程序進(jìn)行數(shù)值和邏輯運算,由硬件結(jié)構(gòu)和軟件技術(shù)兩部分組成,PLC控制模塊作為硬件是實現(xiàn)繼電保護(hù)功能的基礎(chǔ),STEP7軟件計算程序用于實現(xiàn)繼電保護(hù)原理。

PLC是以微處理器為核心,綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置。其工作原理為:采用 2套PLC互為冗余的控制方式,2套同時運行,互為監(jiān)測,同時采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。行程測量采用 3個光電編碼器輸出的數(shù)字脈沖與主電機的轉(zhuǎn)速成正比進(jìn)行數(shù)據(jù)比較與行程監(jiān)測,為速度閉環(huán)控制提供反饋量;安全回路多重冗余,關(guān)鍵保護(hù)均為雙線形式,功能齊全,可根據(jù)提升機不同的運行狀態(tài)改變相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài),實現(xiàn)必要的電氣連鎖和保護(hù)功能,具有手動、檢修、平罐、對罐等控制功能,具有上位機人機畫面實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集、存儲功能、故障聲光報警功能等。

2.2 PLC控制設(shè)備與現(xiàn)場設(shè)備相兼容

電控系統(tǒng)分為 5個部分:直流調(diào)速系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、上位監(jiān)控系統(tǒng)、閘控系統(tǒng)、信號系統(tǒng)。各子系統(tǒng)之間通過 PROFI BUS-DP網(wǎng)絡(luò)和 MPI完成數(shù)據(jù)交換。調(diào)速系統(tǒng)為西門子公司原裝 6RA70全數(shù)字直流調(diào)速裝置,實現(xiàn)磁場恒定、電樞換向并聯(lián) 12脈動控制;操作系統(tǒng)為西門子公司 S7-300雙 PLC控制;監(jiān)控系統(tǒng)為品牌電腦,含液晶顯示器,激光打印機,通訊網(wǎng)卡;閘控系統(tǒng)采用德國原裝進(jìn)口西瑪格液壓站,用于對液壓盤形制動器進(jìn)行調(diào)整、控制與監(jiān)測;信號系統(tǒng)為西門子公司 ET200M遠(yuǎn)程 I/O控制,光纖通訊。

該系統(tǒng)數(shù)控柜選用 2套相同配置的 S7-300系列 CPU,操作臺安裝 ET200模塊;信號 PLC及ET200M子站之間通過 OLM光纖通訊方式交換數(shù)據(jù);主控系統(tǒng)可實現(xiàn)單 PLC運行,PLC損壞可實現(xiàn)低速故障開車;編碼器、測速機分別獨立接入主控、監(jiān)控 PLC,實現(xiàn)對位置、速度和減速點控制的雙線保護(hù);具有 3條安全保護(hù)回路,軟件兩路,硬件一路。關(guān)鍵環(huán)節(jié)采用軟、硬件多重保護(hù),如過卷、等速過速、定點過速等。

在改造時,根據(jù)現(xiàn)場實際情況的要求,對原有信號系統(tǒng)保持不變,將井筒設(shè)備里面的減速開關(guān)、定點開關(guān)、同步開關(guān)接入提升數(shù)控柜,為提升機控制系統(tǒng)使用。設(shè)備安裝使用前對新設(shè)備進(jìn)行了高壓耐壓試驗、繼電保護(hù)整定、絕緣遙測等電氣試驗,以保證設(shè)備使用安全。將所有控制設(shè)備安裝到位后,控制程序編制成形,監(jiān)控系統(tǒng)人機畫面制作完成。

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備實際情況、PLC控制原理、各反饋信號脈沖反饋,調(diào)整 PLC程序符合現(xiàn)場使用要求,硬安全回路與軟安全回路動作可靠。程序的制作根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)的不同,與實際相結(jié)合。人機畫面制作便于操作及運行狀況查詢。

3 PLC控制系統(tǒng)抗干擾問題的處理

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運行,系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型 PLC,有的是集中安裝在控制室,有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場和各電機設(shè)備上,大多處在強電路和強電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高 PLC控制系統(tǒng)可靠性,一方面要求 PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力;另一方面,要求工程設(shè)計、安裝施工和使用維護(hù)中引起高度重視,多方配合才能完善解決問題,有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。

該系統(tǒng)選用的 SIEMENS7-300系列可編程控制器抗干擾的能力很強,為了確保運行正常,在安裝PLC裝置時,首先考慮到干擾來源,例如來自電源的干擾、來自信號線引入的干擾、來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾、來自系統(tǒng)外引線的干擾、來自 PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾等。針對可能出現(xiàn)的干擾,采取了一定的措施。

3.1 采用性能優(yōu)良的電源

在 PLC控制系統(tǒng)中,電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串入 PLC控制系統(tǒng)主要通過 PLC系統(tǒng)的供電電源 (如 CPU電源、I/0電源等)、變送器供電電源和與 PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進(jìn)入的。采用具有較強的干擾隔離性能、在線式不間斷供電電源 (UPS)供電,提高供電的安全可靠性。

3.2 電纜選擇的敷設(shè)

減少動力電纜輻射電磁干擾,不同類型的信號分別由不同電纜傳輸,信號電纜應(yīng)按傳輸信號種類分層敷設(shè),嚴(yán)禁用同一電纜的不同導(dǎo)線同時傳送動力電源和信號,避免信號線與動力電纜靠近平行敷設(shè),以減少電磁干擾。電源線、二次控制線分開敷設(shè),動力電源線進(jìn)行屏蔽處理。

3.3 正確選擇接地點

接地目的通常是為了安全和抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是 PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。在安裝的過程中,為了避免干擾信號對 PLC運行的不穩(wěn)定因素,采取方法如下:

(1)主控 PLC與監(jiān)控 PLC分離安裝。采用雙套 PLC互為冗余的運行模式,主控 PLC 2套裝置安裝在數(shù)控柜內(nèi);監(jiān)控 PLC安裝在操作臺內(nèi),與工控機連接實現(xiàn)對 S7可編程序控制器的編程、調(diào)試,以及完成對電控設(shè)備的監(jiān)控功能。數(shù)控柜和操作臺,與低壓電源柜分開安裝,在柜體底部及柜體與柜體之間墊結(jié)緣板,柜體間用絕緣隔板進(jìn)行分離,確保模塊的運行不受外部電磁干擾。

(2)采用獨立的接地裝置。主控 PLC、監(jiān)控PLC以及信號系統(tǒng) PLC控制柜柜體底座安裝與地面用絕緣層相隔,接地線或接地裝置與大地相接,對各 PLC柜制做獨立的接地裝置,埋于地下并加裝鐵板,測試接地電阻符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié) 論

通過對電控系統(tǒng)的改造,繼電控制微型化,采用插件式結(jié)構(gòu),提高了繼電保護(hù)動作的可靠性;故障時有上位機及時監(jiān)控顯示,便于維護(hù)及故障查詢;同時提髙了維護(hù)人員、操作司機的業(yè)務(wù)技術(shù)水平,能夠更加熟練掌握設(shè)備性能結(jié)構(gòu)、工作原理。自改造后設(shè)備運行正常,保證了提升機運行安全。

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2011-06-15)

商鐵軍 (1981-),男,遼寧阜新人,助理工程師,從事電氣自動化工作,Email:5054511@qq.com。