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[摘要]： 随着我国煤炭业的蓬勃发展，对于煤炭运输的要求越来越高，特别是年产量在百万吨以上的煤矿企业，使用的运输设备也会更加先进。利用先进的自动化技术、控制技术、通讯技术，设计高性能、高标准、高效率且能适应煤矿井下不同环境的变频恒压技术已成为必然的趋势。
[关键词]：液压站 PLC 变频器 恒压
中图分类号：TP271+.31 文献标识码：TP 文章编号：1009-914X（2012）10- 0271–01
本设计对煤矿制动闸液压站作了介绍，从节能、安全、保护设备等实践出发，阐述了变频调速恒压技术在液压制动设备中的应用。以PLC电路控制方式，介绍了智能油压控制系统的工作原理及PLC控制系统。在分析了油压控制工作流程的基础上，给出了PLC控制系统的硬件和软件设计。变频恒压控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置（变频器）与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制和闭环控制，完成液压站压力的恒定控制，在液压管路系统流量变化时达到稳定供油压力、节约电能和电机降温的目的。系统的控制目标是液压站管路的供油压力，系统设定的供油压力值与反馈的总管实际压力值进行比较，其差值经过运算处理后发出控制指令，控制油泵电动机的转速，从而控制油泵的供油量，达到液压站压力稳定在设定的压力值上。
1、液压站简介
本设计实施对象为钢缆输送机制动闸液压站，其型号为TE161A。TE161A型液压站是高性能新型皮带机制动控制液压站，是制动液压闸的压力供应系统，它是为大型皮带机制动控制设计和制造的，可以实现二级制动和恒减速控制。本液压站为双站（一台工作，一台备用），设计实验采用备用液压站。液压系统最大工作压力为6.3MPa，并且连续可调，欠压保护压力设定为5.3Mpa，目前工作压力设定为5.6MPa。液压站电机型号为YZ-100L2-4，电机容量为2×3KW，额定电压为380V，额定频率为50Hz，转速为1410r/min，该设计方案的主要作用就是在电机正常工作的基础上改变其频率与转速。油泵装置由立式电机和油泵组成，恒压泵最大输出流量为10L/min。液压站还配备有数字式压力变送器（SYB-351），其压力测试范围为0-10MPa，精度为0.2%，该变送器所需电源为DC24V，输出信号为4-20mA，其输出信号可作为电控系统控制信号。液压站的阀组体系采用近代先进的逻辑插装阀结构，使得液压系统结构更紧凑，在正常运转时溢流阀会起到溢流的作用，以调节系统的供油压力，在本设计中当系统压力稳定后，溢流阀不再起作用。
2、变频恒压控制系统设计
2.1 设计目的
由于在钢缆输送机运行时，液压站电机会持续不停的运转，以维持系统正常的需求压力，而电机的长时间全速运转势必会使电机自身温度升高，温度过高时甚至会烧毁电机。而油泵正常工作时溢流阀也会不停地产生溢流作用，这样也会使油温升高，本液压站正常工作油温为15～65℃，所以当油温超过标准时会对设备的安全运转产生威胁。其次，阀组体系长时间的高压运行会对油泵和液压阀组造成过大冲击损坏器件。通过观察实验发现，电机的全频（50Hz）运行造成了不必要的能量损失。如果系统压力如果维持在5.6MPa，电机完全可以在低频低速状态下实现，并且该设计还可以实现变频启动，为企业节约大量的电能。
2.2 硬件选型及系统结构
本设计采用优利康YD1000型矢量控制变频器（所需电源为380V-50Hz），此变频器为高性能小型、强劲、节能的矢量控制变频器，内装PI控制功能、矢量运算控制和自动调节等。为了方便连接，PLC借用车房内部正在使用中的西门子S7-300型PLC。其余硬件需求有SYB-351型数字压力变送器、液压站电机、动力控制线路。
整个变频恒压系统形成一组变频泵，系统以PLC为控制核心，执行设备为变频器，由PLC采集压力变送器的压力信号（4-20mA）和输出控制变频器的控制信号（0-10Vdc）。控制系统构成如图1所示。
2.3 设计方案
当输送机启动按钮1QA吸合时液压站的电磁阀全部打开，然后启动油泵电机进行升压，此时PLC已接收到启动信号并通过变频器实现电机的变频启动，这个过程的系统压力在0-5.3MPa之间，变频启动可以避免电机的直起对油泵和各液压阀原件造成过大的冲击，但必须保证在规定时间内使制动器打开到安全间隙不能有贴闸盘现象。假如在变频启动过程内压力达不到设定值，那么系统的欠压保护会起作用，造成强制停机。还需要注意的是0-5.3MPa之间的启动，还需要溢流阀参与压力的调节。系统继续升压直到5.6MPa时（其油压振摆值正负0.2MPa），通过PLC和变频器的综合控制与调节，电机以恒定的低频低速进行运转，当达到恒压运行的状态时，完全不再需要溢流阀进行溢流。当系统有变化且造成压力大于5.6MPa时，通过PLC和变频器的综合控制与调节会使系统压力继续稳定在5.6MPa，同时也为系统提供过压保护。当变频恒压控制系统出现故障不能正常工作时，也可以完全甩掉该控制系统，使液压站恢复到以往工作模式，溢流阀继续进入工作状态进行溢流调控系统压力，以保证输送机的正常运行。
当主电机被停止后，液压站电机也会停止从而系统压力下降，在囊式储能器的缓冲作用下，制动器缓慢制动。
2.4工作原理
变频恒压供油的基本原理，就是保持油管内油压不变的供油过程。保持油压恒定即保持油管内油的流量不变，油泵的流量与转速成正比，当电机以1410r/min运转时系统流量为10L/min，而电动机轴上消耗的功率与转速的平方成正比。因此变频恒压供油基本原理是通过安装在系统中的压力监测装置将系统压力信号与设定值进行比较，再通过PLC控制器调节变频器输出，无级调节油泵的转速，使系统油压在油流量变化时，稳定在一定范围内。
在上述设计方案中，数字压力变送器将检测到的4-20mA的电流信号送到PLC子站的模拟量输入模块，通过PLC的内部处理运算，由模拟量输出模块输出0-10Vdc的电压信号到变频器，变频器通过接收到的电压信号执行命令进行变频，从而改变电机的转速。通过改变电机的转速来控制油压大小，而压力的大小又会通过压力变送器传输给PLC和变频器进行PID逻辑处理，从而实现闭环控制。
从控制原理来说，当一个控制对象，我们希望控制的输出达到我们设定的值，我们通常会使用开环或者闭环控制，如果控制对象的响应很稳定不会受到其它环节的影响，我们可以选用开环控制。反之如果被控对象受到设定值、负载或者源端的影响而产生波动，我们应该选用闭环控制。在该设计方案中若压力没有达到预先设定的值，首先判断水泵的运行状态，如停机或运行频率达到工频（50Hz），根据PID的运算控制变频器的输出频率以改变水泵的转速。不论系统有如何的变化对压力造成干扰，通过PLC内部的PID运算以输出控制信号到執行元件（变频器），最终都会达到我们预期设定的压力值。
3 结束语
通过多次的实验与校准，该方案很好的实现了预期的效果。基于PLC的变频恒压控制系统可根据实际要求灵活的设定供油压力，自动调整油泵的转速，从而保证了液压站的压力恒定，达到稳定供油压力，实现了提高供油质量和节约电能的目的。经过计算，当压力稳定在预期值（5.6Mpa）时，油泵转速达到200r/min左右，变频器的输出频率为7Hz左右，有效的降低了电机和液压油的温度，减少了机电事故发生的概率。变频启动和无极调速更能确保延长油泵使用寿命，同时增加了硬件、软件备用功能，延长了设备使用期限。其次，该设计还为系统的欠压保护和过载保护提供了双重控制。
实践证明，基于PLC的变频恒压控制系统具有调速性能好、节能效果显著、运行安全可靠等优点，渴望得到广泛的推广。
[关键词]：液压站 PLC 变频器 恒压
中图分类号：TP271+.31 文献标识码：TP 文章编号：1009-914X（2012）10- 0271–01
本设计对煤矿制动闸液压站作了介绍，从节能、安全、保护设备等实践出发，阐述了变频调速恒压技术在液压制动设备中的应用。以PLC电路控制方式，介绍了智能油压控制系统的工作原理及PLC控制系统。在分析了油压控制工作流程的基础上，给出了PLC控制系统的硬件和软件设计。变频恒压控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置（变频器）与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制和闭环控制，完成液压站压力的恒定控制，在液压管路系统流量变化时达到稳定供油压力、节约电能和电机降温的目的。系统的控制目标是液压站管路的供油压力，系统设定的供油压力值与反馈的总管实际压力值进行比较，其差值经过运算处理后发出控制指令，控制油泵电动机的转速，从而控制油泵的供油量，达到液压站压力稳定在设定的压力值上。
1、液压站简介
本设计实施对象为钢缆输送机制动闸液压站，其型号为TE161A。TE161A型液压站是高性能新型皮带机制动控制液压站，是制动液压闸的压力供应系统，它是为大型皮带机制动控制设计和制造的，可以实现二级制动和恒减速控制。本液压站为双站（一台工作，一台备用），设计实验采用备用液压站。液压系统最大工作压力为6.3MPa，并且连续可调，欠压保护压力设定为5.3Mpa，目前工作压力设定为5.6MPa。液压站电机型号为YZ-100L2-4，电机容量为2×3KW，额定电压为380V，额定频率为50Hz，转速为1410r/min，该设计方案的主要作用就是在电机正常工作的基础上改变其频率与转速。油泵装置由立式电机和油泵组成，恒压泵最大输出流量为10L/min。液压站还配备有数字式压力变送器（SYB-351），其压力测试范围为0-10MPa，精度为0.2%，该变送器所需电源为DC24V，输出信号为4-20mA，其输出信号可作为电控系统控制信号。液压站的阀组体系采用近代先进的逻辑插装阀结构，使得液压系统结构更紧凑，在正常运转时溢流阀会起到溢流的作用，以调节系统的供油压力，在本设计中当系统压力稳定后，溢流阀不再起作用。
2、变频恒压控制系统设计
2.1 设计目的
由于在钢缆输送机运行时，液压站电机会持续不停的运转，以维持系统正常的需求压力，而电机的长时间全速运转势必会使电机自身温度升高，温度过高时甚至会烧毁电机。而油泵正常工作时溢流阀也会不停地产生溢流作用，这样也会使油温升高，本液压站正常工作油温为15～65℃，所以当油温超过标准时会对设备的安全运转产生威胁。其次，阀组体系长时间的高压运行会对油泵和液压阀组造成过大冲击损坏器件。通过观察实验发现，电机的全频（50Hz）运行造成了不必要的能量损失。如果系统压力如果维持在5.6MPa，电机完全可以在低频低速状态下实现，并且该设计还可以实现变频启动，为企业节约大量的电能。
2.2 硬件选型及系统结构
本设计采用优利康YD1000型矢量控制变频器（所需电源为380V-50Hz），此变频器为高性能小型、强劲、节能的矢量控制变频器，内装PI控制功能、矢量运算控制和自动调节等。为了方便连接，PLC借用车房内部正在使用中的西门子S7-300型PLC。其余硬件需求有SYB-351型数字压力变送器、液压站电机、动力控制线路。
整个变频恒压系统形成一组变频泵，系统以PLC为控制核心，执行设备为变频器，由PLC采集压力变送器的压力信号（4-20mA）和输出控制变频器的控制信号（0-10Vdc）。控制系统构成如图1所示。
2.3 设计方案
当输送机启动按钮1QA吸合时液压站的电磁阀全部打开，然后启动油泵电机进行升压，此时PLC已接收到启动信号并通过变频器实现电机的变频启动，这个过程的系统压力在0-5.3MPa之间，变频启动可以避免电机的直起对油泵和各液压阀原件造成过大的冲击，但必须保证在规定时间内使制动器打开到安全间隙不能有贴闸盘现象。假如在变频启动过程内压力达不到设定值，那么系统的欠压保护会起作用，造成强制停机。还需要注意的是0-5.3MPa之间的启动，还需要溢流阀参与压力的调节。系统继续升压直到5.6MPa时（其油压振摆值正负0.2MPa），通过PLC和变频器的综合控制与调节，电机以恒定的低频低速进行运转，当达到恒压运行的状态时，完全不再需要溢流阀进行溢流。当系统有变化且造成压力大于5.6MPa时，通过PLC和变频器的综合控制与调节会使系统压力继续稳定在5.6MPa，同时也为系统提供过压保护。当变频恒压控制系统出现故障不能正常工作时，也可以完全甩掉该控制系统，使液压站恢复到以往工作模式，溢流阀继续进入工作状态进行溢流调控系统压力，以保证输送机的正常运行。
当主电机被停止后，液压站电机也会停止从而系统压力下降，在囊式储能器的缓冲作用下，制动器缓慢制动。
2.4工作原理
变频恒压供油的基本原理，就是保持油管内油压不变的供油过程。保持油压恒定即保持油管内油的流量不变，油泵的流量与转速成正比，当电机以1410r/min运转时系统流量为10L/min，而电动机轴上消耗的功率与转速的平方成正比。因此变频恒压供油基本原理是通过安装在系统中的压力监测装置将系统压力信号与设定值进行比较，再通过PLC控制器调节变频器输出，无级调节油泵的转速，使系统油压在油流量变化时，稳定在一定范围内。
在上述设计方案中，数字压力变送器将检测到的4-20mA的电流信号送到PLC子站的模拟量输入模块，通过PLC的内部处理运算，由模拟量输出模块输出0-10Vdc的电压信号到变频器，变频器通过接收到的电压信号执行命令进行变频，从而改变电机的转速。通过改变电机的转速来控制油压大小，而压力的大小又会通过压力变送器传输给PLC和变频器进行PID逻辑处理，从而实现闭环控制。
从控制原理来说，当一个控制对象，我们希望控制的输出达到我们设定的值，我们通常会使用开环或者闭环控制，如果控制对象的响应很稳定不会受到其它环节的影响，我们可以选用开环控制。反之如果被控对象受到设定值、负载或者源端的影响而产生波动，我们应该选用闭环控制。在该设计方案中若压力没有达到预先设定的值，首先判断水泵的运行状态，如停机或运行频率达到工频（50Hz），根据PID的运算控制变频器的输出频率以改变水泵的转速。不论系统有如何的变化对压力造成干扰，通过PLC内部的PID运算以输出控制信号到執行元件（变频器），最终都会达到我们预期设定的压力值。
3 结束语
通过多次的实验与校准，该方案很好的实现了预期的效果。基于PLC的变频恒压控制系统可根据实际要求灵活的设定供油压力，自动调整油泵的转速，从而保证了液压站的压力恒定，达到稳定供油压力，实现了提高供油质量和节约电能的目的。经过计算，当压力稳定在预期值（5.6Mpa）时，油泵转速达到200r/min左右，变频器的输出频率为7Hz左右，有效的降低了电机和液压油的温度，减少了机电事故发生的概率。变频启动和无极调速更能确保延长油泵使用寿命，同时增加了硬件、软件备用功能，延长了设备使用期限。其次，该设计还为系统的欠压保护和过载保护提供了双重控制。
实践证明，基于PLC的变频恒压控制系统具有调速性能好、节能效果显著、运行安全可靠等优点，渴望得到广泛的推广。