矿井提升机是矿山生产的关键设备，被喻为矿山的“咽喉”，它担负着矿石、矸石的提升，设备和材料的下放以及人员的升降等主要任务，在整个矿山生产中占有重要的地位。这就要求矿井提升机的运行应安全、可靠、高效，而且停车位置要准确。安全性要求：故障时，可安全制动；可靠性要求：故障率低，长时间安全工作；高效性要求：缩短提升循环时间（包括运行、停止时间）；经济性要求：节能，易维护。

一、                                                                                                          JKMD/J 电气控制系统的功能及其存在问题

我矿新副井提升机为JKMD-2.8  x4多缠绕式交流提升机，YR630-10/1180型的交流电动机，其额定功率630 kW，额定电压6 kV，额定转速589r/ min，电控系统采用JKMK型电气控制系统，主要担负矿石、人员、设备、材料等提升任务。主要是由继电器、接触器、放大器等分立元器件构成，乃属我矿新副井提升的“心脏”控制设备，

JKMD/J型电气控制系统主要由高压开关柜、主速、动力制动、二级制动、信号闭锁及油压油温等多种保护。该电控系统虽然使用了上世纪 80 年代较成熟的继电保护技 术，但其主要蓝本仍是前苏联上世纪 50年代的产品，系统自动化程度低，实际运行中存在设备使用效率低、耗能大、故障率高、故障后备保护不完善等缺点，本系统主要存在以下几个 方面的问题：

1．电机转子回路采用交流接触器切换串接电阻进行调速的方式，高压侧用高压接触器进行方向切换，由于长时间运行，动作频繁，接触器触头严重烧蚀、线圈弹簧老化、振动噪声大、故障率高、日常维修量大；

2．系统的主控制屏采用复杂的背后布线方式，电气接点和控制元件多，各电气元件参数调整及配合困难，一旦发生故障时，查找故障难度大，造成修复时间长，从而严重影响正常的 生产；

3．安装在井架上的过卷开关、到位开关在使用过程中容易遭受罐笼撞击变形损坏，不易修复，罐笼定位误差大，过卷保护的可靠性不能得到保证，我矿曾因此而多次发生冲罐事故，严重威胁设备和人身安全；

4．电气制动保护采用三相半控桥式整流输出电路，其触发电路由磁放大器、电阻和其他电子元件共同组成，由于各分立元件之间电气参数差异大、电气接点多、调整困难、故障率高，投入使用时提升机冲击力过大，系统的运行速度特性能较差。因此，平时电气制动很少投入使用，使提升系统失去一项重要的功能；

5．因系统保护较为单调，运行时xx依靠操作司机手上的工作闸控制工作闸电流进行控制提升速度，这就要求司机注意力要高度集中，操作司机劳动强度大容易疲劳，稍有不慎即有可能出现安全事故。我矿就曾发生过此类安全事故；

6．因部分控制元器件属于国家已淘汰的产品，目前在市场上很难购买到，配件采购困难，只能采用一些质次价高的小厂产品，造成生产中因配件不足或配件质量无法保证而

影响维修质量、延误维修时间以及影响生产，提升机只好多次长时间带病运行

二、JKMK 电控系统的PLC改造

JKMK电控系统核心控制元件采用日本三菱公司FX-2N系列可编程序控制器，技术先进，并配有相关的电源、接口模板、编码器、继电器、变频器、上位计算机等控制设备，其中上位计算机配有FXgpmin7、WINDOS版软件，技术人员可方便地对系统进行编程、调试，以及在系统正常提升过程中对 各种运行参数实现检测、监控等功能如图1所示。其主要性能介绍如下。

1．该系统在保留JKM系统原有保护的基础上增加了以下保护：主令控制手柄零位联锁、方向记忆、定点过速、减速过速、低频制动电源联锁、调绳联锁、PLC输出安全制动继电器联锁等保护；安全回路由PLC内部和外部AC安全回路串联实现保护冗余；故障状态下单PLC低速应急运行；

测速及容器位置指示
安装在提升机上的两个轴编码器输出的数字脉冲与主电动机的转速成正比，一个用于提升速度与行程的显示，另一个用于速度保护，并作速度闭环控制的反馈量

控制功能
根据提升机起动、等速运行、减速、停车、验绳、换向以及安全保护的设计要求，改变相应电控系统的工作状态，实现必要的电气联锁和保护功能

保护及连锁功能
（１）安全制动时，plc输出配合159液压站安全阀G3G4G5G6使提升机实现一级或二级制动；
（２）任何情况下，只有司机接到开车信号后，才能使提升机运行。
（３）当提升过程中发生润滑油压力过高、过低，润滑油滤油器或液压站滤油器堵塞或油温高时，触摸屏上有相应的故障信息显示，点亮相应信息灯，告知司机可以完成本次提升工作，当故障解除后才允许司机进行下一次提升工作。
（４）当提升机因发生故障在中途停车，而且提升容器位于减速段行程内时，排除故障后允许司机按上次开车方向选择开车，并且只能低速开车；若提升容器不在减速行程内，由井口发出开车信号，允许司机高速开车。
（５）全矿停电时，由ＰＬＣ保证提升机能实现二级制动，并做好提升机的后备保护。
 （６）盘式制动器的工作制动力矩可调，紧急制动（安全制动）能产生二级制动，避免机械冲击。
５ ＰＬＣ电控系统的主要功能
ＰＬＣ是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛应用。
由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和运行工作的连续长期性，使得ＰＬＣ在设计、结构上具有许多其他控制器无法相比的特点。
５．１ 可靠性高和抗干扰能力强
ＰＬＣ为了满足“专业在工业环境下应用”的要求，采取了如下硬件和软件措施：{dy}，采用光电耦合离合Ｒ—Ｃ滤波器，有效防止了干扰信号的进入。第二，内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。第三，采用优良的开关电源，防止电源线引入的干扰。第四，具有良好的自诊断功能，可以对ＣＰＵ等内部电路进行检测，一旦出错，立即报警。第五，对程序及有关数据用电池供电进行后备，一旦断电或运行停止，有关状态及信息不会丢失。第六，对采用的器件都进行了严格的筛选，排除因器件问题而造成的故障。第七，采用冗余技术进一步增强了可靠性。
５．２ 通用性强且使用方便
ＰＬＣ产品现已系列化和模块化，其配备的各种各样齐全的Ｉ/Ｏ模块和配套部件，可供用户选择使用，可以很方便地组合成能满足不同控制要求的控制系统。用户不需要自己设计和制作硬件装置。
５．３ 程序设计简单且易学易懂
ＰＬＣ主要的使用对象是广大的电气技术人员。ＰＬＣ生产厂家考虑到这种实际情况，一般不采用微机所用的编程语言，而采用了与继电器控制原理图非常相似的梯形图语言，工程技术人员学习和使用这种编程语言十分方便。
５．４ 先进的模块化结构使系统组合灵活方便
ＰＬＣ的各个部件，包括ＣＰＵ、电源、Ｉ/Ｏ等均采用模块化设计，由机架和电缆将各模块连接进来。系统的功能和规模可根据用户的实际要求自行组合，这样便可实现用户要求的合理的性能价格比。
５．５ 安装简便且维护工作量小
ＰＬＣ一般不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与ＣＰＵ相应的Ｉ/Ｏ端子相连，系统便可以投入运行，安装接线工作量比继电器控制系统少得多。由于ＰＬＣ本身故障率很低，又有完善的自诊断功能和显示功能，一旦发生故障时，可以根据ＰＬＣ上的发光二极管或编程器提供的信息，迅速查明原因。如果ＰＬＣ本身故障，则可用更换模块的方法排除故障。这样提高了维护的工作效率，保证了生产的正常运行

2．运行时工况。设备全参数监视，{dy}故障记忆、显示；同时在全矿停电时提升机仍然能可靠实现二级制动保护；

3．该系统具有“自动、半自动、全自动” 3 种 工作方式可供选择，其中提人方式可分为手动、半自动、全自动开车方式；提矿方式也分为手动、半自动、全自动、故障开车方式，采用负力、正力两种减速开车方式，各种工作方式可供操作司机自由切换，操作灵活、方便可靠；

4．将动作频繁的高压接触器用高压真空接触器取代，大功率晶闸管取代低压接触器进行无触点控制切换转子回路的电阻，运行噪声低、可靠性高；在各中段水平安装了高精度磁性开关，有利于罐笼xx定位，减少对罐时间，保证有充裕的生产时间；

5．用全数字低频制动电源柜取代动力制动柜，其核心设备采用日本安川公司生产的 SIMR-G7A4037全数字式变频器，整流元件采用进口的IGBT开关管，无级调速、PID闭环控制，而且其本身具有多重保护，维修量极低。由于采用低频制动，减少设备冲击，可实现提升机的平稳运行。提升机低频拖动在减速阶段使电动机运行在再xx电制动区内，在爬行阶段运行经验电动区内，并且提升系统的电机由制动状态到电动状态是自然过渡的，整个过程由PLC按预先给定参数自动参与控制，直到自动停车，速度闭环特性好、精度高、日常维修量小；

6．该系统采用cc-link网络化控制结构，通过KTPJ接口转换模块、可调闸模块、PGDA 故障开车模块、光电编码器等集成元件减少了大量接触器、继电器、磁放大器和其他分立元件，极大地简化了设备与设备之间的连线，减少了外部接线达60%以上，它不仅保留了原系统有的功能，而且比原系统增加若干保护环节，完善各种故障后备保护，极大地降低了故障率，减少维修时间，系统的安全性能得到了有力的保证；

三、改造后的优点和性能

系统改造后，由于原用于控制、检测、保护、信号等任务的硬件设备的功能全部由计算机软件来实现，极大地简化了系统硬件结构，系统具有运算速度快、控制精度高、误差小、稳定性好、参数设置简单、自动化程度高等特点,plc 电 控系统与原电控系统比较具有以下优点和特性：

1．用双 PLC取代主控屏/动力制动屏，将原来可调闸及限速保护回路、动力制动回路、联锁回路与安全联锁回路及辅助回路所需完成的功能交由PLC可编程控制器、A/D转换器、D/A转换器和相关模块完成，而且，由于PLC-PC电控系统实行主从PLC双线监控功能，具有系统构成简洁、集成化高、参数调整简单的优点，日常维护只需定期检查程序参数和外观设备的一般情况，定期xx设备上的灰尘，保护其工作环境等，大大地减少了维修时间与维修费用；

2．将司机操作台用网络化智能司机操作台 即主控台取代，当提升机 处于半自动工作状态时司机只需利用主令手柄和可调闸可以实现提升机的启动、等速、减速、爬行和重物下放，操作司机便可完成了一次运行，整个运行过程全部交由可编程控制器 PLC按预先设定的参数自动完成及对有关参数和设备自动进行监控，由于PLC电控系统的可靠性和智能化程度很高，大大降低了操作司机的劳动强度，提升系统的安全性能和生产能力得到显著提高；

3．采用上位计算机监控，不仅可方便对可编程控制器进行编程、调试和实现在线监控功能，而且具有故障记忆和显示功能，具有保留最近10次故障的功能号码和{zh1}一次故障的参数，有利于维修人员故障查找，减少故障停机时间。

对生产工艺改变的适用性强
ＰＬＣ实质是一种工业控制计算机，其控制操作的功能是通过软件编程来确定的。当生产工艺发生变化时，不必改变ＰＬＣ的硬件设备，只需改变ＰＬＣ的程序。                                                                                              

改造后的效果
通过对某矿副井绞车的改造，大大改善了调速性能，提高了安全可靠性，降低了司机劳动强度，降低了能耗。通过实际测试，从２００9年1月运行至今未发生故障，特别是在提放支架等大件时速度控制稳定，避免了以前经常出现的电器事故，相同条件下节电率达到２０ ％以上。
四、结束语

总之，本次PLC-PC电控系统改造所需的费用少、工期短，而系统的可靠性和安全性显著提高，各种参数显示直观明了，运行平稳，操作简单，日常维修量少，生产时间得到充分 的保证。经过近1年的运行实践证明，提升机电控系统的改造是成功的。