宫照海

【摘 要】提升机ASCS直流电控系统高压采用高端真空换向器，转子调速回路采用20级编码启动专利技术；成熟的低频电源装置，最新西门子S7-300型PLC控制器；上位计算机显示运行参数；实现了提升机的网络化管理。

【关键词】直流电动机；可控硅变流；全数字调节PLC控制；上位机监控

0.引言

提升机在矿井中担负着升降人员、提升矿物、运送材料以及升降设备、工具等项任务，它是沟通矿井地面与井下的运输设备，是矿井的重要设备之一，对矿井生产起着非常关键的作用。

矿井提升机有交流拖动和直流拖动两种，是电力传动技术的典型应用。进入20世纪90年代，随着计算机控制技术和电力电子技术的飞速发展，在提升机拖动系统中，采用“电动机+可控硅变流+全数字调节+PLC控制+上位机监控”的全数字控制方式已成为一种发展趋势。提升机采用全数字控制技术具有如下优点：

（1）硬件结构简单，故障点少，可靠性高。

（2）可控精度高，工作稳定性好。

（3）故障自诊断能力强，大大降低了使用维护成本。

（4）具有较高的可购置性，扩展方便，运行灵活性高。

（5）可与其他系统联网，实现现代化管理。

（6）运行效率高，能耗低。

矿井提升机采用全数字控制技术，综合了电机、电力电子、自动化、计算机控制等多种学科，控制系统结构发生了很大变化，硬件大大简化，软件实现的功能不但越来越复杂，而且日新月异。下面结合益新矿2JK5×2.3绞车所用的直流ASCS系列PLC电控系统说说直流电控系统在绞车上的应用。

益新矿2JK5×2.3绞车原来所采用的JKMK/J型电控系统。高压电路采用仿苏CG5型换向器，转子调速10级交流接触器（CJ12-600A/380V）切换外加电阻，逻辑控制电路为继电器接触器组成的有触点逻辑系统。这种控制系统分立元件连接复杂，出事故不易查找，安全保护单线控制，后备保护不齐全，可靠性差，触点、触头空气氧化接触不良和电弧烧伤故障率高；转子调速性能差，冲击电流大，机械碰撞及磨损严重，同时缩短了电机减速器、接触器外加切换电阻等设备寿命；高压换向器绝缘老化，遇阴雨潮湿天气，短路放炮，严重威胁矿井提升安全。将这种电控系统进行改造已势在必行。

近年来，PLC可编程序控制器得到了惊人的发展，技术趋于成熟，性能优越可靠。老绞车经改造后，将老式电控改造为直流ASCS全数字调控电控系统，技术特点如下：

（1）高压电源开关，高压换向器真空化。高压换向器设置正、反之间，高低压之间机械电气闭锁，结构科学合理。真空化消弧特性好，绝缘状态高。高压换向器闭锁消除了高低压间、正反向间短路事故。

（2）转子调速回路，采用可控硅20级编码启动专利技术，一是实现无触点切换，避免触头拉弧烧损和噪音，二是启动特性曲线平滑，冲击电流小。

（3）低频电源装置，技术成熟，运行安全可靠。低频拖动平稳，减少了对装载、卸载系统装备的机械冲击。

（4）最新西门子S7-300型PLC控制器，取代原来的继电器接触器的有触点逻辑控制方式，实现数字程序化控制，简化了控制系统结构。设置双PLC实现了两线制保护。

（5）上位计算机显示提升机运行状况，各运行参数、保护状态直观明了，便于查找事故和维护，提升机实时监控运行。

（6）有扩展功能，可与局域网连接，实现网络化管理。

1.ASCS电控系统的结构特征

1.1 ASCS电控系统设备总体结构

ASCS系列电控设备总体结构包括：高低压配电、变压器、变流柜、PLC控制柜、全数字调节柜、操作台、监控系统等组成。

1.2 PLC柜结构及工作原理

1.2.1 PLC柜主要技术参数

（1）供电电源：一路为单相200VAC，另一路为三相380VAC。

（2）内含两台PLC，输入/输出信号为：

A、16路（可扩展）模拟量输入，电压范围±10V。

B、128路（可扩展）直流24V/0V开关量输入。

C、32路（可扩展）继电器输出（接点容量为220V，5V）。

D、8路（可扩展）模拟量输出，电压范围±10V。

1.2.2 PLC的原理

最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：

继电器控制装置采用硬逻辑并运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点在继电器控制线路的那个位置上都会立即同时动作。

PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该继电器的所有触点不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式：扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。

1.2.3 PLC柜的工作原理

PLC柜由2台PLC组成，采用SINMENS S7300。PLC通过输入模块接受外部的数字量/模拟量信号输入，PLC接受到这些输入信号后，将它们存放在CPU的输入存储区，CPU根据预先编好的程序，对输入信号进行运算、处理，其结果存放在CPU的输入存储区，然后将这些处理结果通过输出模块输出数字量/模拟量信号，控制继电器的得电/失电或指示灯的开熄，从而达到逻辑控制的目的。PLC用于逻辑控制时，其功能相当于多个无触点继电器的逻辑组合。PLC具有内部定时器及内部计数器功能，可以实现定时控制逻辑和脉冲计数。PLC软件采用STEP7程序设计语言编写，使用一根编程器和PLC，当程序编写完成后，通过编程口将程序下载到PLC的CPU RAM程序存储区中，则PLC可脱离编程器而独立运行CPU中的程序，以实现各种不同的控制目的。

2.ASCS辅助装置

2.1上位机监控系统

上位机用于监控提升系统的实时运行状态，即时反映故障发生情况，保存故障信息。它可显示罐笼位置、提升速度及速度图、高低压供电回路、液压制动系统和故障信息等画面。反映提升机所有的运行参数和运行状态以及故障类型和故障发生时间，使司机对提升机的运行状态一目了然，从而实现安全、高效地操作提升机。

该监控系统共设有7个主要画面，分别是：提升系统、高低压供电系统、液压制动系统、速度图、故障信息历史记录、电控系统原理图及欢迎画面。

2.2辅助装置

ASCS辅助装置主要是外围传感器件，具体有井筒开关、测速机、编码器等。

井筒开关：选用磁性非接触开关，分别设置在井筒中过卷、齐平、同步、减速点等位置。

测速机：选用与轴编码器一体化的进口产品，安装在驱动轮上或电机侧。

编码器：一般安装三个编码器。轴编码器PGI信号进入行控，轴编码器PG3信号进入主控PLC2，作为两路完全独立的行程和速度检测信号，行控PLC3实现速度控制，PLC2、PLC3分别实现有关行程和速度的监视保护。通过网络通讯，PLC2和PLC3进行行程和速度参数的相比较，实现钢绳滑动监视及PG1和PG3的相互监视。

3.结语

ASCS直流电控系统通过在鹤岗分公司益新煤矿副井绞车几年来的应用，取得了很好的效果，矿井提升机采用该控制系统故障率小，可靠性高，安全性好，提高了运行效率，同时保证了提升机安全可靠的运转。