（a）x轴方向位移-时间曲线（b）y轴方向位移-时间曲线（c）绕质心的摆角-时间曲线（d）质心处的运动轨迹图2仿真结果5结语（1）仿真结果与理论推导吻合，说明了理论推导的正确性；（2）由式（9）可知，在振动筛正常工作时，除机体上某些特殊点的运动轨迹是直线或圆外，其他点的运动轨迹形状均为大小不一的椭圆；（3）由图2（b）可以看出振动筛在启动过程中在y方向发生短暂的明显共振，共振振幅为稳定工作时振幅的2倍。参考文献：［1］胡欣峰.自同步椭圆振动筛动力学设计［M］.北京：煤炭工业出版社，1991.［2］张士民,刘初升.基于Simulink的三轴变轨迹等厚振动筛动力学仿真［J］.矿山机械,2011,39(5)：85-88.［3］闻邦椿，刘树英，张纯宇.机械振动学［M］.北京：冶金工业出版社，2010.［4］侯勇俊，刘枭，冷曦.质心偏移式等质量双轴振动筛运动特性研究［J］.石油矿场机械,2009,38(3)：6-7.［5］张士民，刘初升，周海沛，等.三变轴圆轨迹等厚振动筛动力学研究［J］.煤矿机械，2011,32（6）：75-76.作者简介：张豪（1988－），湖北襄阳人，硕士研究生，研究方向：新型冶金设备动力学、有限元计算等，电子信箱：9699482@qq.com.责任编辑：武伟民收稿日期：2014－02－17!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!煤矿机械CoalMineMachineryVol.35No.11Nov.2014第35卷第11期2014年11月doi:10.13436/j.mkjx.2014111130引言提升机系统复杂，包括机、电、液等多个系统，其工作性能的安全稳定对煤矿生产效率和煤矿安全都有着直接影响，对提升机进行有效控制十分必要。传统的控制方法采用继电器-接触器进行控制，此种控制方式系统组成较为复杂，为保持控制状态需要电动机经常转换制动状态，控制效果不佳。本文提出利用PLC进行矿井提升机控制系统的设计，能够实现对提升机速度的平稳控制，且可靠性、稳定性、操作难易程度都有提高，适用于环境恶劣的煤矿采掘工作。1PLC控制器的优势相比于传统矿井提升机控制系统，PLC控制系统存在以下几方面优势：（1）速度控制灵活准确，且基于PLC的矿井提升机控制系统设计原艳红（山西工程技术学院，山西阳泉045000）摘要：矿井提升机对煤矿生产效率、煤矿安全有重要影响。利用PLC控制器设计矿井提升机控制系统，介绍PLC控制器的优势，对控制系统的控制部分、保护部分进行详细阐释。提出控制系统软、硬件设计方案，给控制系统的设计提供参考。关键词：PLC控制器；矿井提升机；控制系统中图分类号：TD534文献标志码：A文章编号：1003－0794（2014）11－0257－03ControlSystemDesignofMineHoistBasedonPLCYUANYan-hong（ShanxiInstituteofTechnology，Yangquan045000，China）Abstract:Minehoisthasanimportantimpactontheefficiencyofcoalproductionandcoalminesafety.Inthispaper,weusePLCcontrollertodesignminehoistcontrolsystem.IntroducetheadvantagesofPLCcontrollerandadetailedexplanationaboutthecontrolpartandprotectpart.Thenproposethesoftwareandhardwaredesignofcontrolsystem,toprovideareferencetothecontrolsystemdesign.Keywords:PLCcontroller;minehoist;controlsystemM/kg1298m0/kg52J/kg·m2653J0/kg·m217r/m0.15lox/m0.26loy/m0.64Kx1/N·m-180000Ky1/N·m-1160000CKx/Ns·m-124000CKy/Ns·m-1480000lx1/m1.04lx2/m0.82ly1/m0.23ly2/m0.67ω/rad·s-194.2表1振动筛的基本参数时间/s0位移/m0.0100.0050-0.005-0.010246810时间/s0246810位移/m151050-5时间/s0位移/rad6420-2-4-62468100y轴0.0100.0050-0.005-0.010x轴-0.0050.0050.010-0.010257

有半自动化操作方式，减轻操作人员工作难度；（2）PLC的应用使电控系统能够及时获得提升机的位置、速度等信号，便于对提升机进行实时监控；（3）PLC控制器使控制系统能动态显示提升机运行参数，将结果显示在人机界面上，提高了监控效率；（4）PLC控制器的应用增强了系统抗干扰能力和故障修复能力。系统的记忆能力及时确定故障位置和故障原因，提高了故障诊断效率。2控制系统控制策略（1）速度控制为提高系统对速度的控制精度，采用变频调速方式进行提升机速度控制。速度控制系统主要包括变频器、抱闸控制系统、操作控制系统以及行程控制系统几部分，其结构如图1所示。（a）速度控制结构示意图（b）加、减速示意图图1提升机调速系统示意图变频器作为速度控制系统的核心，主要作用是调节提升机的速度，完成加速变频启动、减速停车和行程调速等工作。依靠改变电动机输入功率的大小来实现速度的灵活控制，变频器的自身特性对调速范围有着直接影响。相比于传统的转子串调速器，变频器在控制灵活性、准确性上都有显著提高，且变频器控制下的电机能够保持恒定的转矩输出，节省了电量，也有助于延长电机的使用寿命。除此之外，变频器兼容能力强，能够利用软件对变频器进行控制，在合理范围内改变速度调整时间、目标频率等参数，根据用户需求自行调整。图1（b）是变频器控制下的加速和减速示意图，可见变频器控制下的速度变化平稳。行程控制负责对提升机的运动划分成不同的行程区间，利用不同的变频调速对每个区间内的速度进行调整和控制，其控制过程如图2所示。操作控制系统负责控制提升机的启动、故障诊断修复以及出现异常情况时的及时停止等工作。抱闸控制系统的作用是系统出现故障时，及时控制提升机紧急停车，降低故障损失。（2）控制部分系统控制部分核心为PLC中央控制器，包括主回路、控制回路、辅助回路、测速回路和安全回路等。其中主回路与变频器相连，对电机的基本操作进行直接控制；测速回路依靠测量发电机的功率实现速度的间接测量，此种测速方式便于与其他以速度作为函数变量的参数进行比较；安全回路负责对控制系统的工作情况进行监控，出现问题后及时切断电路并控制提升机紧急制动；辅助回路主要指供电系统，负责对整个控制系统提供动力。（a）变频调速系统示意图（b）恒加、减速调速曲线图2行程控制示意图（3）后备保护部分保护部分依靠安全回路实现。该部分负责对提升机的运行状态进行实时监控，利用传感器测量提升机的速度、加速度等参数，根据各项参数确定提升机工作状态是否正常。当提升机出现卡斗、超速、松绳等问题时，保护部分能够及时控制安全回路断电，绞车制动。利用PLC能够实现保护部分的分级设置，按照系统设置分辨出故障严重程度，并完成不同的操作实现系统保护。保护系统结构如图3所示。图3保护系统结构图（4）监控部分由于矿井提升机的系统组成较为复杂，且对煤矿生产效率和安全性影响较大，根据《煤矿安全规程》的规定需要对矿井提升机的工作状态进行监控。监控部分需要对矿井提升机的机械性能、电气设备以及相应的故障保护进行监测和控制，提高提升机的安全可靠性。可以将计算机技术引入监控部分的设计中，实现系统的可视化监控，系统参数直观显示在界面上。3基于PLC的控制系统设计（1）硬件设计第35卷第11期Vol.35No.11基于PLC的矿井提升机控制系统设计———原艳红能耗制动系统电源变频器M操作控制系统转速抱闸启动恒加速O行程控制系统抱闸控制系统Ontnt恒减速行程第1区间（中速）O抱闸恒减速恒加速第2区间（低速）第3区间（高速）第4区间（停速）转速抱闸O恒加速恒减速恒加速恒减速行程抱闸第1区间（高速）第2区间（低速）第3区间（中速）第4区间（停速）各种保护信号重事故信号继电器直动回路立即施闸类故障电气制动类故障终端施闸类故障故障报警机械施闸系统PLC轻事故信号258

系统硬件组主要包括信号系统、变频器、操作台和控制柜等，具体结构如图4所示。图4控制系统硬件组成信号系统负责将矿井提升机的井下信号传递到井上，并将控制中心的指令传递到井下。主要有井口信号台、井下信号台和绞车房信号台3个部分。井口和井下2处信号台能够将提升机的信号参数用语音或者汉字方式显示，并与相关操作按钮对应。绞车房信号台负责对信号进行存储和备份。只有当井口和井下信号台输出信号相同时，控制系统才能完成相应操作，否则视为错误信号。控制变频器选择ACS800，该型号变频器控制精度高，误差在5%以内，且转矩控制方式提高了变频器的抗干扰能力。除此之外，变频器还能自动识别电机的各项参数，有利于对电机进行监控。由于电机工作时噪声较大，建议采用IGBT模块和正弦波控制方式来对噪声进行降噪处理。操作台是控制系统的核心设备，操作台上设置2个对称手柄，用来进行速度调整和提升机的辅助制动，也能对控制系统的操作模式进行设定。操作台主要有2种运行方式，即手动运行和半自动运行。手动运行完全依靠操作人员进行速度的调整和把控，对操作人员技术要求较高。半自动运行时只需操作人员给定初始速度，需要变速时按下半自动运行按钮，系统会自动调整提升机速度。（2）软件设计系统软件主要包括PLC的控制软件和上位机组态软件。PLC控制软件选择西门子公司的标准PLC控制软件设计包完成，为提高系统的独立性和抗干扰能力，软件设计采用模块化设计思想，将任务与过程进行分解，再对子任务和子过程单独设计。其中一个子任务或子过程出现问题不会对其他任务产生大的影响，利用此种方式提高了系统的稳定性。上位机组态软件的设计利用西门子公司的数据采集和WinCC共同开发完成，负责对提升机的运行状态进行监控，对状态参数进行存储记忆，以便需要时提取分析。软件流程如图5所示。图5控制系统软件流程图4结语传统矿井提升机控制系统控制精度不足，出现故障时无法及时确定故障位置和原因，控制效果不佳。利用PLC控制器进行矿井提升机控制系统设计，能够快速、灵活调整提升机速度，对系统电路、设备性能及时监控，系统自我保护能力强，出现问题后及时切断电路，并确定故障位置和原因，提高了控制系统的稳定性和安全性，具有较大的应用价值。参考文献：［1］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,2012,31(10):34-35.［2］李伟.矿井提升机控制系统设计［D］.太原理工大学,2010,21(9):23-25.［3］宋爽,陈军霞.基于西门子变频PLC的矿井提升机控制系统［J］.煤矿机械,2008,29(6):131-133.［4］聂国伦,白生威.基于PLC技术的矿井提升机位置与速度控制系统设计［J］.煤矿机械,2011,32(4):157-159.［5］贺无名,余强国.基于嵌入式软PLC的矿井提升机控制系统设计［J］.煤矿机械,2011,32(6):244-246.作者简介：原艳红（1965-），女，山西太谷人，硕士，讲师，研究方向：电气应用，电子信箱：yuanyanhong1965@163.com.责任编辑：武伟民收稿日期：2014－08－01第35卷第11期Vol.35No.11基于PLC的矿井提升机控制系统设计———原艳红—————————————————————————————————————————————液压站操作台深度指示器油压、油温井筒信号变频柜控制柜电器制动电器控制轴编码器送电自检是否正常初始化正确键盘发出指令发出执行指令按程序运行电控系统出现故障显示故障点打印停机电动机减速器PLC控制单元滚筒轴编码器否监控画面切换/打印实时状态运行主控程序/显示实时监控版权声明：本刊已许可中国学术期刊（光盘版）电子杂志社在中国知网及其系列数据库产品中以数字化方式复制、汇编、发行、信息网络传播本刊全文。该社著作权使用费与本刊稿酬一并支付。作者向本刊提交文章发表的行为即视为同意我社上述声明。煤矿机械杂志社是259