矿井提升绞车 基于PLC矿井提升绞车设计[1]

近几年我国煤炭工业蓬勃发展，越来越多的矿山向大型、高效方向发展，井下开采设备和支护设备也向大型化方向发展，需要提高井下提升设备的提升能力。随着老矿山不断向深部煤层开采，深井、超深井不断出现，也要求提高井下提升设备的提升长度和能力。因此，井下提升运输设备能力小，设备落后的矛盾越来越突出；大型设备下井不得不解体，然后在组装条件极差工作面恢复组装，不但效率低下、工人劳动强度大，而且所组装的设备性能难以保证；由于井下提升设备能力的限制，深井、超深井的提升长度不得不加以限制；这些都严重制约着矿山生产的发展。此外，随着国家对于煤矿安全越来越重视及煤矿安全事故的频繁发生，国家安全生产监管部门要求矿井井下采用的提升绞车安全性能要更高。

绞车是工业生产过程中一种常见的机械，具有悠久的发展历史和比较成熟的设计制造技术。随着绞车制造技术的不断提高、加工材料的不断改进以及电气控制技术的不断发展，绞车在动力、节能和安全性等方面取得了很大的进步。

目前，绞车正被广泛地运用于矿山、港口、工厂、建筑和海洋等诸多领域。在矿山采掘和运输场合，绞车作为重要辅助设备被大量而广泛地运用着，例如矿用提升绞车、调度绞车、耙矿绞车和凿井绞车等。提升绞车可用于矿山竖井或斜井中物品与人员的调度，具有较大的牵引功率和很好的安全性，是矿山生产中不可缺少的设备之一。

1．绞车的分类

绞车多种多样的用途，决定了绞车的种类和组成形式也是多种多样的。按照绞车卷筒的数量分，绞车可以分为三种:单卷筒绞车、双卷筒绞车和三卷筒绞车。单卷筒绞车是三种类型绞车中最常见的。它只有一个卷筒用来存放缆绳或者铰链，一般用于对卷筒的容绳量要求不高的场合。另外，按照绞车的驱动方式，通常又把绞车分为电动绞车，气动绞车和液压绞车三种。

2．绞车的特点和性能要求

通过对绞车应用场合的探讨和绞车结构的分析，可以得知，在工程应用中绞车会具有如下一些特点:

（1）负载时变；

（2）驱动力矩范围大；

（3）要求调速方便，高低速运行稳定；

（4）对安全可靠性要求较高；

（5）要求具有较好的可操作性；

目前，国内外对提升设备经过多年的研究，近几十年来发展的很快，尤其是提升设备的滚筒方式、制动方式和电力拖动、自动化控制等方面有很大的改进，在提升设备的理论和实践方面都取得了丰富的经验。国内外对于提升绞车的优化设计研究属于较冷门的行业，相关的研究成果不太多。

基于PLC矿井提升绞车设计[1]_绞车电控

我国的矿用提升绞车其调速原理经历了电阻调速、液压调速、变频调速及行星差动调速等几次大的改进，目前国产提升绞车所采用的调速装置主要有两种类型：一是液压传动调速装置（液压调速），其产品形式即为现有的液压提升绞车；二是电控调速装置（变频调控），其产品形式即为现有的传统JT系列绞车。煤矿提升绞车是煤矿安全生产的重要设备，是安全生产的关键，它能否正常运行，直接关系着煤炭的产量、生产成本及矿井和职工的安全。随着市场经济的发展和矿井标准化建设的需要，提升绞车的运行质量越来越受到各级部门的重视。

矿井提升绞车包括机械设备及拖动控制系统，是联系地下和地上的重要途径，是矿山生产的咽喉设备，其性能好坏直接关系到矿山的生产效率和安全性及可靠性，它的安全、可靠运行是整个矿井正常生产的必要条件，一旦发生故障，所造成的经济损失是巨大的。“运输是矿井的动脉，提升是咽喉”形象地描述了矿井提升运输系统的工作过程与重要作用[3]。这就要求矿井提升绞车的运行应安全、可靠、高效，而且停车位置要准确。主要技术要求有以下几个：

（1）安全性要求：故障时，可安全制动；

（2）可靠性要求：故障率低，长时间安全工作；

（3）高效性要求：缩短提升循环时间（包括运行、停止时间）；

（4）经济性要求：节能，易维护。

根据《煤矿安全规程》规定：投入运行后的提升设备，必须由矿务局机电部门每年进行一次检查，每3年进行一次测试，认定合格并签发运行许可证书后方可继续使用．每次的测试结果表明大部分的绞车使用良好，但也存在一些带有普遍性的问题，在一定程度上制约了煤炭产量，增加了生产成本，同时也影响了煤矿的安全生产，下面就针对一些主要问题进行归纳。

1．提升设备完好率差，存在重大事故隐患

提升装置必须装设下列保险装置，即防过卷装置、限速装置、深度指示器失效保护装置等，并满足相应的技术要求，但有许多矿用绞车没有设置，违反了相应规定。

2. 制动装置可靠性差

制动装置是提升绞车的重要组成部分，根据设计安装要求，制动盘加工表面粗糙度应达到1.6，偏差越小越好，最大不应超过0.5mm．但有的矿用绞车安装质量差，滚筒端面凹凸不平，使滚筒在运转时，制动轮间歇摩擦闸瓦，从而造成电机电流波动大，电耗增加，并加速了闸瓦的磨损。还有的绞车松闸不彻底，有时还会因为某些干扰因素引起突然紧闸现象。这种现象会影响机械系统的使用寿命，并有可能造成断绳等事故。

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3．绞车实际运行质量较差、效率偏低

测试中发现大多数绞车均采用手动控制，加速、减速及低速爬行和停车休止时间相对偏长，使绞车提升能力下降，电机电耗增加。近年来，我国各生产厂家对结构、调速装置等进行了许多改进，并推出了许多更新换代的产品。随着计算机技术的飞速发展，计算机和PLC的运算速度加快、存贮能力加大、功能加强、体积减小，使煤矿机械的功能更强、性能更优、效率更高。

多年来，矿井提升绞车及其拖运、安全保护系统等设备的技术水平和安全水平一直是困扰煤炭安全生产和效益提高的重要因素。为改变这一状况，煤炭行业的科研、高校、生产企业和待业主管部门以及机行业的科研和生产企业的工程技术人员做了大量的工作，已开发了众多适用的产品和技术，积累了丰富的经验，取得了长足的进步。

目前，我国矿井提升绞车90%以上是采用单机容量在1000KW以下传统的交流异步电机拖动，采用转子串、切电阻调速，由继电器－接触器构成逻辑控制装置；直流电动机拖动的提升绞车不足10%，其中多一半为电动机－发电机组供电，采用晶闸管整流传动的只占一少部分。

提升绞车的主电动机采用绕线型异步电动机，通过其转子轴上的滑环，向转子绕组回路接入电阻，以便进行起动和调速。对电控系统进行局部的修改、完善，按照可靠性系统工程的原理，对现的提升电控系统进行综合分析、评价，尽量采用国内外的新技术成果，形成一套较为完整的改造方案及适用的换代产品。根据现有的经济条件，对绕线异步电机串电阻的调速部分的电路，采用无触点的PLC系统代替原有触点的继电器逻辑控制系统，提高系统的安全性及可靠性，充分利用PLC的多种功能，进一步改善控制性能，防止控制系统的内外部干扰。使提升控制系统的速度图达到理想状态。

JTK系列电控系统，是目前已经定型的控制系统，它可以完成半自动，其正常运行控制的以下三种运行方式：

（1）正力电动加速―电动等速―电动减速的操纵运行方法

此种运行方式适用于重物向上提升，司机将操纵手柄逐档缓缓推出，同时配合推出制动手柄，使提升绞车由启动逐渐均匀加速至全速运行。行至减速点时，XC失电，减速铃响，电机串入少量电阻维持较大力矩开始缓缓减速。司机将操纵手柄逐档收回，式提升绞车均匀的减速至低速，到达终点迅速收回两手柄。

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（2）正力电动加速―电动等速―负力减速（施机械闸）

此种运行方式适用于较轻负荷向上提升，操纵控制方式与前款大致相同，不同之处在于减速时提升绞车带惯性减速，并辅以轻闸，使负荷速度降低，到达终点时速度收回两手柄停车。

（3）动力制动下放

如果提升绞车有重物下放、载人之工况，按规定控制系统应配置动力制动系统。其运行方式有以下两种：

①正力电动加速―发电等速―动力制动减速

下放重物时，启动动力制动电源（按下动力制动电源开关DQA)，提升绞车在减速段和等速段的运行法方式与前款相同，到达减速位置，减速铃响，司机踏下动力制动踏板，投入动力制动电源。同时轻轻带闸制动，待动力制动电流建立以后方能松开制动器。提升绞车在制动电流作用下减速，到达停车位置立即收回制动手柄隔和操纵手柄至零位，停车。

②全程动力制动

开车信号发出，司机启动动力制动电源，踏下动力制动脚踏板，待显示有制动电流后，将操纵手柄向负载下行方向以较快速度逐档推出至最大位置，同时缓缓松开制动手柄，提升绞车在重力作用下缓慢加速。司机可以通过改变脚踩踏板的角度来调节制动电流的大小，也可以，也改变操纵手柄位置，以满足下放速度。若要终止制动电流，则必须将两手柄收回至零位，待提升绞车绞车停止后，方能松开踏板。

※特别提示：脚踏动力制动是一次性投入，一经投入后，脚应踩着不放，当到提升绞车绞车完全停稳后，才能松开踏板。

图1-1 主电路图

如图1-1所示提升绞车主电路图，该控制线路大体可分为主回路、测速回路、安全回路、调绳闭锁回路、控制回路、可调闸控制回路、减速阶段过速保护控制回路、动力制动控制回路、自整角机深度指示器回路和辅助回路等，现分述主回路、测速回路、安全回路和控制回路。

1．主回路

主回路用于供给一台提升电动机电源，实现失压、过流保护，控制电机的转向和调节转速。

主回路由高压开关柜、高压换向器的常开触头、动力制动接触器的常开主触头、动力制动电源装置、提升电动机、电机转子电阻、加速接触器的常开主触头由晶闸管和装在司机操作台上的指示电流表和电压表等组成。

当发出开车信号后，（294-204）接通，信号接触器XC得电吸合。触头（242-239）处于闭合状态，为开车作好准备。此时，如果控制系统正常：油泵电机已启动，系统油温、油压正常，两手柄（操作、制动）处于零位等。若将制动手柄缓缓前推松闸，操作手柄推动挂档，定子回路接通电源，提升绞车（绞车）开始启动

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开关KZK合闸线圈串入人脚踏开关JZK，作为紧急停车保护。在1LH回路中串入三相电流继电器JLJ，它有三个电流线圈，用来反映启动过程中电动机定子电流的变化，与时间继电器1JC～8JC配合，共同调节启动过程中的速度，实现以电流为主时间为辅的自动启动过程。

高压换向器由ZC、FC等接触器组成，用以改变主电机的旋转方向。正转时,ZC工作，反转时,FC工作。电动机转子回路接有外加金属电阻和加速晶闸管，用来获得电动不同的人工特性。

2．测速回路

定子回路接通电源后，倘若1SJ（246-242）尚未延时闭合，1JC未闭合，此时主电机转子回路的附加电阻全部加在电机的转子上，电机转轴输出的力矩仅为额定力矩的（30-40）%，此力矩只为了消除齿轮间隙，也可轻载启动提升绞车（绞车）。随着1SJ的延时时间到，（246―242）闭合，接触器1JC通电闭合，转子切除一段电阻，电动机转轴输出力矩相应的增大，由于1JC的闭合，1JC（405-407）断开，导致2SJ断电，经延时后，2SJ(252-254)闭合，接通2JC……依此顺序，由2JC-5JC相互交替传递下去，将电机转子电阻逐档切除，直到全部，提升绞车（绞车）进入等速运行。由于电流继电器JLJ随电流的大小而断合，所以电动机的转子电阻的切除是以电流函数为主，时间函数为辅进行切换控制。

3．安全回路

安全回路用于防止和避免提升绞车发生意外事故，如图1-2所示。安全回路203-204中串有很多保护触头，当提升绞车工作不正常时，其中任一个触头打开，回路中安全接触器AC断电，就产生安全制动。AC断电的同时，回路的常开触头断开，使高压换向器断电，切断提升绞车电源，使提升绞车迅速断电抱闸。

图1-2 安全回路

其中安全回路203-204串有下列保护触头。工作闸控制器触头JTJ和制动手柄闭锁开关的触头LK－1。JTJ在主令控制器手柄置于零位、LK－1在工作制动手柄置于紧闸位置时才能闭合。当提升绞车在运转中产生安全制动而中途停车后，必须将主令控制器手柄和工作制动手柄分别恢复到零位及紧闸位置，才能解除安全制动，再次重新启动电机，这样可以防止突然跑车。JTJ和LK－1触头，在提升绞车正常启动后虽均处于断开位置，但因接触器AC的辅助触头自锁，所以安全回路仍然通电。

5JC测速回路继电器的触头。其线圈接在测速回路，当加速过程接近终了时，与之并联的DXJ1、DXJ2的常开触头打开，如果测速回路因断线无电压时5JC失电，其串接于保护回路203-204回路的常闭触头断开，使AC断电，实现安全制动。DXJ1应在测速发动机电压为150V时可靠吸合，250V时其线圈承受的电压不超过50V。

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GSJ2为提升绞车等速过速继电器的触头。该继电器接于测速回路的主电路中当提升绞车超过最大速度的15%时，GSJ2吸持，其接于安全回路的常闭触头断开安全回路断电，实现安全制动。UYJ为制动油过压保护继电器触头。当制动油过压时，制动油过压触头闭合，UYJ吸持，其接于安全回路的常闭触头断开，安全回路断电，实现安全制动。

ZGK1-2、FGK1-2为过卷开关。其中FGK2、ZGK2装于井架上一般装于提升装置正常卸载（或装载）位置以上0.5ｍ的地方，为了安全可靠在深度指示器相应的位置上装有FGK1和ZGK1。当提升容器超过正常卸载（或装载）位置过卷时，碰压过卷开关，使AC断电，实现安全制动。FW1-2、FW5-6为过卷复位开关的触头，它的作用有两个，一个是用以短路被碰开的过卷开关，使AC回路暂时接通，解除安全制动；再一个是使系统必须反向开车，以防止继续过卷而扩大事故。除了装于安全回路的保护装置外，还有一些保护装置，它不要求提升绞车立即停车，可以使这一循环提升完毕，但下一次不允许再次启动。当本次提升循环结束后，XC不可能再次通电，提升绞车不能开动。

4．控制回路

采用单相220V交流电源，由一接触器的常开触头控制通断。如图1-3所示，安全接触器AC和加速接触器1JC-8JC的线圈都设置在单相交流电源靠近零线一侧，这可保证某些接点或导线绝缘损坏对地短路时，AC立即断电，进行安全制动。时间继电器均采用直流220V。控制回路包括信号回路、电机正反转回路、动力制动接触器回路、转子电阻控制回路。

图1-3 控制回路

①信号回路

信号接触器XC接于回路204-294中，当发出提升信号后，XC得电，闭合其自保触头；同时使电机正反转回路及转子电阻控制回路中的XC触头闭合，为提升电动机送电及加速准备条件。当容器到达减速点时。深度指示器上的减速开关被闭合，各个主令开关都归零，使XC断电，将主电机的电源切断，并在转子加入全部电阻。JDC为动力制动控制继电器，其在XC回路的触头在正常提升时一直闭合，当采用动力制动时，此触头打开，使信号接触器XC不起作用。DC为油压中间继电器的触头。该触头在提升绞车低速爬行开始时有电，使XC从爬行开始可以再次接收外部提升中信号，为再提和下个循环做好准备。LK-2为主令控制器触头。该触头在XC回路的作用是：当采用动力制动结束后，JDC已断电，只有使其再次得电，换向回路或信号回路，才有可能成为通路。为此必须使主令控制器手柄放在中间位置才行。

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②电机正反转回路

正反转换向回路由正反转换向接触器线圈ZC和FC及两个选择方向的主令控制器触头LK-3和LK-4组成，用以安全地实现接通或断开提升主电动机的电源，并改变其旋转方向，实现自动爬行等。手动正反转回路中的FC常开触头闭合，为ZC通电准备了条件，提升绞车只能正转。由于ZC有电，使回路中ZC的常闭触头打开，FC不能有电，实现闭锁。反方向运行时，情况相同。无论正反转时，即使司机误操作也保证不会发生事故。

③动力制动接触器回路

制动接触器DZC回路用来控制动力制动的投入和切除。JDC为动力制动控制接触器，当踏动制动开关JTK时，或者当容器到达减速点后自动投入制动时，均可使JDC断电，本触头闭合，投入动力制动。

④转子电阻控制回路

转子控制回路由三相电流继电器JLJ时间继电器1SJ～8SJ、中间继电器1JC～8JC、主令控制器触头LK－5～LK－11及信号接触器XC等组成。电流继电器JLJ有三个电流线圈，用来反映启动过程中定子电流的变化，它的常开接点与时间继电器1SJ～8SJ配合，共同调节启动过程中的速度，用以实现以电流为主附加时间校正为原则的自动或手动控制。JLJ的线圈接在电动机定子侧电流互感器1LH回路里。在预备级电阻上，电动机定子电流很小，继电器JLJ不动作，因此，预备级电阻的切除是按时间原则切除的。1JC～8JC为8个中间继电器，接于图3加速接触器回路，用以控制转子电阻的切除和接入。在加速阶段它受1SJ～8SJ时间继电器的触头以及LK－5～LK－11主令控制器触头的控制，可以实现以电流为主附加延时以及人工控制的加速过程。4回路中串有XC触头是使1JC～8JC在加速和自由停车减速时受XC的控制，如果采用电动机减速时完全由司机靠主令控制器触头将电阻加入的方法，这时回路中短路XC的触头。

当电动机减速时，再将电阻依次加入到电动机转子，使电动机产生的转矩下降，得到一定的减速度。1SJ～8SJ为时间继电器，用以控制加速接触器1JC～8JC的延时，时间继电器受电流继电器JLJ1的常开触头控制，在启动过程中，只有当启动电流降到JLJ1整定和释放值时其触头才能打开，延时继电器才能断开，经整定时限后控制中间继电器，若启动电流没有降到规定的释放值，JLJ触头仍然闭合，相应的加速接触器就无法切除电阻，防止了因切换电阻过早而造成启动电流过大的情况，由于延时继电器是直流继电器，故将交流电源经铁磁稳压器后再经桥式整流器整流，并经电容滤波后再接至各延时电器回路。

1．操纵手柄在零位，方能允许安全回路接通并自锁。

2．过速保护回路和限速保护回路工作正常安全回路方能接通。

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3．装于减速器上的测速发动机和离心限速器对提升绞车（绞车）超速（10-15）%，进行双重保护。

4．油电机工作，安全回路才能接通。

5．一旦闸瓦磨损过度，系统只允许完成一次提升循环。

6．制动油温过高，系统只允许完成一次提升循环。

7．制动油压过高，系统安全制动。

8．装于轨道上的过卷开关ZGK2、FGK2和装于减速器上的过卷开关ZGK1、FGK1串人安全回路，对提升容器过卷进行双重保护。

9．开关KZK合闸线圈串人脚踏开关JZK，作为紧急停车保护。

对提升绞车的操作及控制顺序说明如下：

1. 开车前准备工作

（1）首先将制动手柄置于紧闸位置，此时安全回路的LK－1触头闭合，回路提升方向控制回路的3HK常闭触头打开；然后将主令控制器的操纵手柄置于中间零位，此时安全回路JTJ常开触头闭合，油压中间继电器回路中的JDC常开触头闭合。以上各触头的闭合，为安全制动接触器AC和信号接触器XC的得电条件。

（2）检查LK-2的位置是否与本次提升的减.速方式相符，若不相符，则置于相符位置。

（3）合上高压开关柜的隔离开关及油开关DC，使高压换向器的电源端有电，此时，高压电压表V1应指示出高压线路电压。

（4）合上低压盘上的交流电源进线开关，使各种油泵，电磁铁及动力制动柜电源端有电。

（5）检查过卷复位开关FW是否在正常位置（即中间位置）。

（6）启动制动油泵、润滑油泵及动力制动电源柜。

（7）最后使控制电源接通。

上述准备工作完毕后，正常情况下，安全制动接触器AC则带电吸合并自锁，解除安全制动。

2. 提升绞车的加速

当井口发出开车信号后，信号接触器XC得电并自锁，司机将制动手柄向前推离紧闸位置，此时，第提升方向控制回路的制动手柄连锁开关的常闭触头闭合中，工作闸继电器JTJ得电，其常开触头闭合，接通可调闸磁放大器的电源及可调闸手动自整角机的电源。随着制动手柄不断向前推进，液压装置线圈中的电流不断增大，提升绞车松闸。与此同时，司机将主令控制器的手柄推向正向（反向）极端，高压换向控制回路中的LK-3、LK-4也同时闭合，以上各接点使ZC（或FC）得电并联使转子电阻逐步切除做好准备（此时转子电阻全部接入回路）。由于ZC（或FC）的得电吸合，使高压送入主电机定子，随着各段电阻的依次切除，提升绞车实现自动加速过程，直到切除第八段电阻为止。转子电阻全部切除后，电机在自然特性曲线上运转。等速阶段，电机工作在自然特性曲线上，不需要任何控制。

3．提升绞车的减速、爬行与停车

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采用电动机减速方式时，应将LK-2置于正力减速位置，使电机处于减速准备阶段。

当容器到达减速点时，LK-2闭合，使电机投入到动力制动状态，此时使6JC-8JC接触器释放，主电机转子接入一部分电阻，电机就由自然特性过渡到人工特性上，开始减速，司机可根据减速的要求，用主令控制手柄将电阻逐段加入，直到快到终点位置时，投入低频制动，使提升绞车稳定停车。

1．在现场接地中，一定要正确的安装接地设施，注意接地的安全性。

2．电器设备各个环节，经调试试车后均应注意紧固、打记和封锁，以免因变动而影响提升绞车正常运行。平时要经常注意系统的动作程序是否正常，隔一定时间后，还应对各整定环节进行重新校正。每年至少进行一次对系统的全面调试。

3．系统无论在何时、何种情况下停车，绞车司机都要将“手动闸”和“主令开关”打到“零位”，确保人身和系统安全。

4．当安全回路出现故障时，系统将自动停车刹闸，这时应通过观测屏幕上的各单元指示灯，确定故障位置，经专业人员排除故障后，方可操作提升绞车。

5．提升绞车在运行中，不得随意转动操纵台上的各转换开关，所以转换都得在提升绞车处于禁止状态时进行。

6．提升绞车在运行过程中，司机双手不能离开两手柄，同时应注意观察各表指示情况是否正常，若遇异常情况，应迅速采取相应措施。

7．应保持各控制部装的清洁，以保证各电器元件工作正常，特别是主提升电动机，至少每半年做一次保养，一年做一次绝缘处理。

8．提升绞车电控系统是一个机电综合性系统，其工作时，系统各部分之间，操作人员与设备之间有着互关互联的关系，维修技术人员应熟知系统的工作原理应常去观测各部的运转情况，发现问题应立即请维护人员维修。

某矿井提升绞车，型号为JTK-1.6×1.2，电动机额定功率为185kW，定子额定电压380V，提升绞车最大绳速为4m/s，原拖动电机为绕线型异步电动机，TDK系列电控，采用转子绕组串电阻调速的传统交流电控方式。它存在以下问题：

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1．JTK型主控屏电磁式继电器较多，故障判断排除时间长；

2．提升控制自动化程度低，提升绞车司机劳动强度大；

3．在连续提放液压支架、采煤机等大件时，电阻发热严重，经常烧坏电阻连线，能耗大；

4．调速为有级调速，机械冲击大，钢丝绳使用寿命低，动力制动投入时瞬间速度变化大，钢丝绳产生跳动；

5．利用可调闸配合动力制动下放重载时，速度控制不均匀，凭司机经验控制，易造成提升物掉道。

矿井提升绞车属往复运动的生产机械,对于单水平提升系统,在每次提升循环中,容器的上升或下降的运动距离是相同的;对于多水平提升系统,每次提升循环中,容器的运动距离不一定相同。但无论哪种情况,提升绞车在工作过程中都有固定的循环运动方式,亦即按照一定的速度图运转。

根据提升绞车的运行方式和矿山企业的固有特点,对绞车电控系统的要求如下:

1.能够四象限运行。只有这样,绞车才能根据负载变化及工作需要,按给定速度图自动地工作在正向或反向、电动或制动等工作状态。

2.加、减速度的大小符合有关规程的规定。一般说来,升降人员时,加速度α≤0.75m/s2；料时,加速度α≤1.2m/s2。

3.具有良好的调速性能。亦即静差率小、速度平稳、调速范围大、调速方便等。

4.工作方式转换容易。要能够方便地进行自动、手动、验绳、调绳等工作方式的转换。

5.要设置准确可靠的速度给定装置,以实现加、减速时的平稳运行。

6.要设置完善的故障监视、安全联锁、信号报警及闸控电路,确保系统安全运行。

PLC与传统的继电器控制系统相比有以下许多优点：

1．可靠性高、抗干扰能力强。其硬件和软件两方面采用了屏蔽，滤波，隔离，故障诊断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的抗干扰能力，无故障时间长。

2．编程简单、直观。可编程控制器是面向用户，面向现场，采用的是面向控制过程的梯形图语言。

3．适应性好。可编程控制器是通过程序实现控制的，当控制要求发生改变时，只要修改程序即可，由于可编程控制器产品已标准化、系列化、模块化，因此能方便的灵活的进行系统配置，组成规模不同、功能不同的控制系统，适应能力强，即可控制一台单机一条生产线，又可以控制一个复杂的群控系统，即可以现场控制，又可以远距离控制。

4．功能完善，接口功能强。目前的可编程控制器具有数字量和模拟量的输入输出、逻辑和算术运算、定时、技术、计数、顺序控制、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能，使设备控制水平大大提高，接口功率驱动极大的方便了用户，可以将可编程控制器与各种不同的现象设备顺利联结，输出接口在大多数情况下也可以直接与各种传统的继电器、接触器及电磁阀等联接。

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PLC的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原因是PLC梯形图在绘制上沿用了继电器控制的电路元件符号和术语，仅个别之处有些不同。同时，信号的输入/输出形式及控制功能基本上也是相同的，但PLC的控制与继电器的控制又有根本的不同之处，主要表现在以下几个方面：

1．控制逻辑

继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每个只有4～8对触点。因此灵活性和扩展性很差。而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需要改变程序即可，故称为“软接线”。因此灵活性和扩展性都很好。

2．工作方式

电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时都处于受控状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合，它属于并行工作方式。而PLC的控制逻辑中，各内部器件都处于周期性循环扫描过程中，属于串行工作方式。

3．可靠性和可维护性

继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。

4．控制速度

继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点的开闭动作一般在几十ms数量级。另外，机械触点还会出现抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于无触点控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在μs数量级，且不会出现抖动。

5．定时控制

继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。一般来说，时间继电器存在定时精度不高，定时范围窄，且易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难等问题。PLC使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围一般从0.1ms到若干天或更长。用户可根据需要在程序中设置定时值，然后由软件来控制定时时间。

6．设计和施工

使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。工程越大，这一点就越突出。而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计（包括梯形图设计）可以同时进行，周期短，且调试都很方便。从以上几个方面的比较可知，PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、通用性强、设计施工周期短，而且体积小、功耗低、调试、使用维护方便。

基于PLC矿井提升绞车设计[1]_绞车电控

单片机设计电路复杂，功能不易改进，故不采用单片机，比较得出PLC的优越性很明显，最终选定了松下的PLC，其软件为FPWIN-GR和FP编程器Ⅱ来完成提升绞车的设计。这种由可编程序的控制、调节装置构成的提升绞车电控系统的主要特点是：可完成提升行程的测量和设定；实现了对提升过程的程序控制，精度高，甚至可以取消爬行段；实现了速度、电流以及矢量的数字交换等，对提升绞车进行闭环调节；实现行程、速度等重要参数及提升状态的监视；具有良好的控制监视系统，实现了显示、记录和打印等有关数据的全部自动化。

结合本矿用提升绞车使用中存在问题及相关资料，本着“安全、可靠、经济运行”的原则对所用的JTK1.2X1.6矿用提升绞车的电控系统进行技术改造。

在矿井提升系统中，“可靠性”包含两个含义，一是“安全可靠性”，二是“工作可靠性”。二者密不可分，又各有侧重、相互区别。

“安全可靠性”是指当出现故障时，要确保把系统引入安全状态，一般是指安全制动，也就是我们通常所说的“故障安全型”。而“工作可靠性”则要求在一定的时间内，系统尽可能长地保持正常工作状态，这时就要研究如何把系统故障率降到最低。在矿山设备中，如主要通风机、主排水泵等当属此类。对提升系统而言，当然也需要较高的工作可靠性，就是要使提升容器按要求快速、准确地送到规定位置，保证高效长期运行。在确保提升安全、可靠运行的前提下，提高系统运行质量，减少操作难度和维修保养时间，延长系统的有效服务年限，则应是实现系统经济运行的研究课题。

在此需着重指出，坚持“安全、可靠、经济运行”的原则不仅仅是设计者的指导思想，也应是用户选型时应坚持的最重要的原则。为了真正实现“安全、可靠、经济运行”的原则，在利用众多新技术、新产品来实现提升系统现代化改造时，必须以“可靠性系统工程”理论为指导。

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