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基于PLC的变频调速提升控制系统设计
1、引言
矿井提升机是矿山生产过程中***重要的矿山设备之一，是矿山生产运输的主要工具。矿井提升机的主要任务是沿井筒提升矿石、煤炭、研石，下放材料，升降人员和设备等，是联系井下与井上的重要途径，素有矿井“咽喉”之称。它的安全******性不仅直接影响整个矿井的生产能力，而且还涉及到井下工作人员的生命安全。因此，研究并制造既安全******又节省能源的提升机是非常重要的。
传统的矿山提升设备采用继电器-接触器进行控制，采用绕线式交流电动机并通过转子外加金属电阻进行调速。这种控制系统存在能耗大、效率低、安全******性差、故障率高、维护难、调速性能差等缺点。而采用可编程控制器（PLC）对得升机控制系统进行改造后，大大减少了系统故障，提高了系统的******性和安全性。采用PLC控制变频器，使调速更平滑、操作更简单，在大大减小提升机控制系统体积的同时,更提高了系统的控制精度和安全******性，降低了故障率。同时还能与上位机进行通信，实现计算机对煤矿的监控。
2、提升机控制系统的设计
不管提升机的电动机是在正转还是反转状态，一般都有起动、加速、中速运行、稳定运行、减速、低速运行、制动停车等几个阶段，如图1所示。为了使提升机调速性能良好，我们选用了交流异步电动机的变频调速控制。
为了使提升机具有良好的启动性能、调速性能和安全******性等要求，我们设计了基于PLC和变频器的电控系统，同时还采用了MCGS组态软件进行监控。控制系统框图如图2所示。该控制系统包括以下几个部分： PLC部分、变频器部分、上位机监测部分。PLC主要实现的功能是：控制提升电动机的正反转启动运行、停止、正反向点动、提升速度与提升高度的选择、急停、复位和安全保护等功能；变频器主要实现提升机的多段速度运行和调速控制。另外还选择了合适的传感器来检测提升机的运行状态和提升机的运行速度和位置；上位机部分主要由装有MCGS组态软件的PC机组成，通过MCGS与PLC之间的通信可以实时显示提升机的运行状态、运行速度和行程。
根据提升机控制系统的特点和I/O点数的估算，本系统所选用的PLC是三菱公司的FX2N-64MR型PLC。FX2N系列是三菱公司中比较******的系列，FX2N******为256点，它的基本指令执行时间高达0.08μS/指令，内置的用户存储器容量为8K，可扩展到16K。有多种特殊功能模块和功能扩展模块，可以实现多轴定位控制，每个基本单元可扩展8个特殊单元。机内有实时时钟，PID指令可实现模拟量闭环控制。有功能很强的数学指令集，如浮点数运算、开平方和三角函数等。
3、PLC程序设计
由于系统控制核心主要由PLC和上位机组成，因此，软件设计主要包括PLC控制程序设计和上位机组态软件的设计。PLC程序的主要功能是对提升机的启动/停止、加速/减速/停车等过程控制和安全保护控制等。上位机软件主要对系统运行状态和故障状态实时监控，对运行数据、故障数据进行实时处理，并存储和记忆。
PLC软件设计采用调用子程序的方式，程序编制采用梯形图。根据提升机的控制要求和控制过程，我们给出的提升机的主程序框图如图3所示。
提升机的监控系统主要由可编程控制器(PLC)和触摸屏组成，触摸屏作为PLC的上位机，通过通信方式完成现场信号、现场数据的采集及实时显示、监控和保护。本监控由MCGS组态软件来实时监测显示矿井提升机的提升速度和提升高度以及各种报警信号，使用MCGS组态软件的丰富的图形界面，可以使工作过程更直观、形象。本组态画面由提升容器上升动画、报警信号、实时提升高度与速度曲线、实时提升高度与速度数字显示等几个部分组成。提升机的主画面如图4所示。通过提升速度曲线可以方便观察速度的变化规律，及时发现提升过程的速度故障(超速、速度不稳等)；通过提升高度棒图可以显示提升机的行程。
4、结论
通过仿真和试验结果可知，采用PLC和变频器实现的提升机的控制系统能够满足提升机的控制功能要求。而且大大减少了提升机的硬件部分，减少了故障，提高了******性；变频器的调速方法实现了提升机的平滑调速，提高了提升机的舒适度和安全性；组态软件的使用方便的实现了对提升机速度、行程和信号的监控以及各参数的修改。相信在未来矿山机电设备控制领域中,PLC变频控制技术的应用必将越来越广泛。同时控制系统也会不断的完善。
矿井提升机是矿山生产过程中***重要的矿山设备之一，是矿山生产运输的主要工具。矿井提升机的主要任务是沿井筒提升矿石、煤炭、研石，下放材料，升降人员和设备等，是联系井下与井上的重要途径，素有矿井“咽喉”之称。它的安全******性不仅直接影响整个矿井的生产能力，而且还涉及到井下工作人员的生命安全。因此，研究并制造既安全******又节省能源的提升机是非常重要的。
传统的矿山提升设备采用继电器-接触器进行控制，采用绕线式交流电动机并通过转子外加金属电阻进行调速。这种控制系统存在能耗大、效率低、安全******性差、故障率高、维护难、调速性能差等缺点。而采用可编程控制器（PLC）对得升机控制系统进行改造后，大大减少了系统故障，提高了系统的******性和安全性。采用PLC控制变频器，使调速更平滑、操作更简单，在大大减小提升机控制系统体积的同时,更提高了系统的控制精度和安全******性，降低了故障率。同时还能与上位机进行通信，实现计算机对煤矿的监控。
2、提升机控制系统的设计
不管提升机的电动机是在正转还是反转状态，一般都有起动、加速、中速运行、稳定运行、减速、低速运行、制动停车等几个阶段，如图1所示。为了使提升机调速性能良好，我们选用了交流异步电动机的变频调速控制。
为了使提升机具有良好的启动性能、调速性能和安全******性等要求，我们设计了基于PLC和变频器的电控系统，同时还采用了MCGS组态软件进行监控。控制系统框图如图2所示。该控制系统包括以下几个部分： PLC部分、变频器部分、上位机监测部分。PLC主要实现的功能是：控制提升电动机的正反转启动运行、停止、正反向点动、提升速度与提升高度的选择、急停、复位和安全保护等功能；变频器主要实现提升机的多段速度运行和调速控制。另外还选择了合适的传感器来检测提升机的运行状态和提升机的运行速度和位置；上位机部分主要由装有MCGS组态软件的PC机组成，通过MCGS与PLC之间的通信可以实时显示提升机的运行状态、运行速度和行程。
根据提升机控制系统的特点和I/O点数的估算，本系统所选用的PLC是三菱公司的FX2N-64MR型PLC。FX2N系列是三菱公司中比较******的系列，FX2N******为256点，它的基本指令执行时间高达0.08μS/指令，内置的用户存储器容量为8K，可扩展到16K。有多种特殊功能模块和功能扩展模块，可以实现多轴定位控制，每个基本单元可扩展8个特殊单元。机内有实时时钟，PID指令可实现模拟量闭环控制。有功能很强的数学指令集，如浮点数运算、开平方和三角函数等。
3、PLC程序设计
由于系统控制核心主要由PLC和上位机组成，因此，软件设计主要包括PLC控制程序设计和上位机组态软件的设计。PLC程序的主要功能是对提升机的启动/停止、加速/减速/停车等过程控制和安全保护控制等。上位机软件主要对系统运行状态和故障状态实时监控，对运行数据、故障数据进行实时处理，并存储和记忆。
PLC软件设计采用调用子程序的方式，程序编制采用梯形图。根据提升机的控制要求和控制过程，我们给出的提升机的主程序框图如图3所示。
提升机的监控系统主要由可编程控制器(PLC)和触摸屏组成，触摸屏作为PLC的上位机，通过通信方式完成现场信号、现场数据的采集及实时显示、监控和保护。本监控由MCGS组态软件来实时监测显示矿井提升机的提升速度和提升高度以及各种报警信号，使用MCGS组态软件的丰富的图形界面，可以使工作过程更直观、形象。本组态画面由提升容器上升动画、报警信号、实时提升高度与速度曲线、实时提升高度与速度数字显示等几个部分组成。提升机的主画面如图4所示。通过提升速度曲线可以方便观察速度的变化规律，及时发现提升过程的速度故障(超速、速度不稳等)；通过提升高度棒图可以显示提升机的行程。
4、结论
通过仿真和试验结果可知，采用PLC和变频器实现的提升机的控制系统能够满足提升机的控制功能要求。而且大大减少了提升机的硬件部分，减少了故障，提高了******性；变频器的调速方法实现了提升机的平滑调速，提高了提升机的舒适度和安全性；组态软件的使用方便的实现了对提升机速度、行程和信号的监控以及各参数的修改。相信在未来矿山机电设备控制领域中,PLC变频控制技术的应用必将越来越广泛。同时控制系统也会不断的完善。
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