PLC礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計

...wd......wd......wd...無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計〔論文〕題目：基于PLC礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計院系：電子信息系專業(yè)：應(yīng)用電子學(xué)號：2012361110學(xué)生姓名：鄭文超指導(dǎo)教師：蔣偉職稱：年月日摘要礦井提升機(jī)被稱為礦山的咽喉，是礦山最重要的電氣設(shè)備。提升機(jī)運行的安全性與可靠性對整個生產(chǎn)系統(tǒng)至關(guān)重要。傳統(tǒng)礦井提升機(jī)調(diào)速性能較差，在啟停車、制動、邏輯控制等方面存在諸多安全問題。隨著計算機(jī)和PLC技術(shù)的不斷開展，采用先進(jìn)的技術(shù)改造傳統(tǒng)礦山行業(yè)的傳統(tǒng)系統(tǒng)，從而使礦井提升機(jī)的性能得到極大的改善，其自動化水平、安全、可靠性都到達(dá)了新的高度，保證了提升機(jī)的安全運行。本論文闡述了礦井直流提升機(jī)的分類、組成和工作原理。從解決實際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，給出了礦井提升機(jī)PLC保護(hù)與控制系統(tǒng)的功能定義，包括行程控制、安全保護(hù)和輔助系統(tǒng)控制。對PLC系統(tǒng)進(jìn)展了軟硬件配置，并設(shè)計了PLC軟件，實現(xiàn)了局部保護(hù)控制功能?？刂葡到y(tǒng)采用了雙線制保護(hù)策略，包括繼電器安全回路和PLC安全回路。論文對提升機(jī)電控系統(tǒng)的開展進(jìn)展了展望。關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī)；PLC；保護(hù)控制ABSTRACTTheminehoistisintituledasthethroatofmine,anditisthemostvitalequipmentinmine.Thesafetyandsecurityisthemostvitaltominehoist.So,thesecurityisthekeytoelevator.Theelectromotionchangealongwithdistanceandenergy,andthecharacteristicofelectricpowerdriveisverycomplex.Theelectromotionmovefrequentlypositiveandnegative,andalwaysrunpassload,andelectromotionandapplythebraketransformcontinually.Alongwiththedevelopmentandlicationofcomputerandprogrammablelogicalcontroller,thecontrollerofmineelevatorcomeforthnewvisage,thelevelofautomatizationandsafetyandsecurityarrivedatthenewaltitude,andprovidedanewandmodernmanageandmonitormeans. Thispaperelaboratedtheclassificationofdirectcurrentminehoistanditsconstituteandworkprinciple.setoutfromTheactualproblemofminehoistelectricitycontrollersystemexistencetosolution.givethefunctiondefinitionofminehoists’PLCprotectionandcontrolsystem,includingrouteoftravelcontrol,safeprotectionandassistancesystemcontrol.SoftwaveconfigurationandhardwaveconfigurationofthePLCsystemarecompleted,andPLCprogramwasdesignedtoachievesomeprotectionfunctions.Thehighlightisillustratingthedouble－lineprotectioncircuitofhoistwhichincludethesafetycircuitofrelayandthesafetycircuitofPLC. Thepapercarriedonanoutlooktothedevelopmentofminehoistelectricitytocontrolsystem.Keywords:Minehoist;ProgrammableLogicController;Protectandcontrol目錄1緒論11.1課題研究的背景11.2提升機(jī)國內(nèi)外開展現(xiàn)狀21.3課題主要研究內(nèi)容32礦井提升機(jī)概述32.1礦井提升機(jī)的簡介42.1.1礦井提升機(jī)的分類42.1.2礦井提升機(jī)的主要組成局部及工作原理52.2礦井提升機(jī)的運行72.3提升機(jī)后備保護(hù)92.4礦井提升機(jī)的傳動方式103礦井提升機(jī)PLC保護(hù)與控制系統(tǒng)功能定義113.1行程PLC控制113.1.1速度給定方式分析123.2保護(hù)系統(tǒng)PLC控制193.2.1雙線制提升機(jī)安全保護(hù)回路203.2.2繼電器安全回路213.2.3PLC安全回路213.2.4故障保護(hù)在PLC中的實現(xiàn)223.2.5PLC中的局部閉鎖233.2.6PLC控制液壓制動系統(tǒng)243.2.7其它保護(hù)措施243.3輔助系統(tǒng)PLC控制244礦井提升機(jī)PLC保護(hù)與控制系統(tǒng)實現(xiàn)254.1行程控制PLC系統(tǒng)設(shè)計254.1.1提升行程控制PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計254.1.2提升行程控制PLC軟件系統(tǒng)設(shè)計264.2提升機(jī)PLC操作保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計304.2.1操作保護(hù)系統(tǒng)硬件配置304.2.2操作保護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計314.3輔助系統(tǒng)PLC系統(tǒng)技術(shù)334.3.1PLC控制的主井提升信號和裝、卸載系統(tǒng)334.3.2PLC控制的副井提升信號和操車系統(tǒng)345總結(jié)與展望355.1全文總結(jié)355.2研究展望36參考文獻(xiàn)37翻譯局部39英文原文39中文譯文46致謝511緒論1.1課題研究的背景礦井提升機(jī)是礦井生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，是礦山生產(chǎn)過程中的大型關(guān)鍵設(shè)備，是一套復(fù)雜的機(jī)械電氣機(jī)組，是煤炭生產(chǎn)運輸?shù)闹饕ぞ?。其任?wù)是用于升降人員和設(shè)備、提升礦石以及下放材料等。他是溝通井下生產(chǎn)與地表生產(chǎn)運輸?shù)募~帶。礦井提升機(jī)的工作特點是在一定的距離內(nèi)，以較高的速度往復(fù)運行，完成提升或下放任務(wù)。因此，礦山提升設(shè)備應(yīng)具有良好的機(jī)械特性、先進(jìn)的控制設(shè)備和完善的保護(hù)裝置。它的性能和安全性直接影響采礦生產(chǎn)和工人生命安全，工作過程中一旦發(fā)生機(jī)械或電氣故障，就會嚴(yán)重地威脅礦井的安全，損壞設(shè)備，影響生產(chǎn)，甚至造成人身傷亡事故。雖然礦井提升機(jī)本身有一些保護(hù)措施，但由于采礦作業(yè)的復(fù)雜性、環(huán)境的惡劣性和研究的局限性，有些保護(hù)措施未到達(dá)預(yù)期效果，致使煤礦生產(chǎn)中仍有不少由于提升系統(tǒng)造成的重大人員傷亡和設(shè)備損壞事故的發(fā)生，因此，素有“礦山咽喉〞之稱。隨著技術(shù)的進(jìn)步、現(xiàn)代化礦井的建設(shè)和對人生命的重視，人們對礦井提升機(jī)的安全可靠性提出了更高的要求。我國對礦井提升機(jī)的安全問題極為重視，《煤礦安全規(guī)程》中對礦井提升機(jī)的性能參數(shù)有明確要求。雖然礦井提升機(jī)本身有一些保護(hù)措施，但由于煤礦生產(chǎn)的復(fù)雜性、環(huán)境的惡劣性和研究的局限性，有些保護(hù)措施未到達(dá)預(yù)期效果，一旦提升機(jī)沒有按照給定速度曲線運行，就會發(fā)生提升機(jī)超速、過卷事故，輕者造成楔形罐道、罐籠的損害，影響礦井正常生產(chǎn)。嚴(yán)重的可拉倒井架，使得鋼絲繩挫斷、提升容器墜落和砸壞井筒內(nèi)的機(jī)電設(shè)備，從而造成重大人員傷亡事故和重大設(shè)備事故，給煤礦生產(chǎn)帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)前，我國有一大批老的提升設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入“損耗故障期〞，故障率增多，從而如果要全部更新，經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)很重，根本不可能。使提升機(jī)運行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。因此，開發(fā)一套簡單實用的提升機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)是非常必要的。對原有提升機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)進(jìn)展升級換代。使提升機(jī)運行的可靠性和安全性得到提高。通過對提升機(jī)的安全保護(hù)系統(tǒng)的研究,利用現(xiàn)代控制技術(shù)和手段,對各類提升機(jī)的安全保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)展數(shù)控化改造,使之具有必要的、完善的保護(hù)功能,對確保提升系統(tǒng)安全可靠運行是十分必要的,對礦井提升機(jī)的安全運行具有非常重要的現(xiàn)實意義。就計算機(jī)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用情況而言，可編程控制器(PLC)是目前作為工業(yè)控制最理想的機(jī)型，PLC應(yīng)用程序能夠滿足礦井提升機(jī)工藝控制要求，各項性能與指標(biāo)都到達(dá)原設(shè)計要求。取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器和計數(shù)器等硬件，所以體積大大縮小，工作可靠性也大為提高。與繼電器控制系統(tǒng)相比，控制功能更加合理、完善，現(xiàn)場使用與操作更加方便、靈活，收到了良好效果。它是采用計算機(jī)技術(shù)、按照事先編好并儲存在計算機(jī)內(nèi)部一段程序來完成設(shè)備的操作控制。采用PLC控制，硬件簡潔、軟件靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小，PLC技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種提升機(jī)保護(hù)控制中，配合一些提升機(jī)專用電子模塊組成的提升機(jī)保護(hù)控制設(shè)備，可供控制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機(jī)拖動等。操作、監(jiān)控和安全保護(hù)系統(tǒng)選用可編程控制器。主控計算機(jī)應(yīng)用軟件能完成提升機(jī)自動、半自動、手動、檢修、低速爬行等各種運動方式的控制要求。1.2提升機(jī)國內(nèi)外開展現(xiàn)狀國外研制礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)始于20世紀(jì)60年代，在提升機(jī)狀態(tài)監(jiān)控方面水平較高。特別是對閘控和速度監(jiān)控等一些重要保護(hù)環(huán)節(jié)，設(shè)計更加合理，有些環(huán)節(jié)設(shè)置雙重保護(hù)，如過速保護(hù)，過卷保護(hù)等。這些監(jiān)控保護(hù)措施，對提升機(jī)的運行安全都是可靠的保證。下面簡單介紹一下瑞典、德國和法國的提升機(jī)速度監(jiān)控系統(tǒng)。瑞典的提升機(jī)速度保護(hù)功能齊全，系統(tǒng)可靠，能實現(xiàn)全自動開車。以單罐籠帶平衡錘提升機(jī)為例，這種提升機(jī)配備有顯示、監(jiān)控、安全保護(hù)等電路。如：(1)制動系統(tǒng)故障保護(hù)：當(dāng)制動閘發(fā)生故障，閘襯磨損、閘盤變形、低油位以及制動油泵、冷卻風(fēng)扇電動機(jī)過負(fù)荷等故障出現(xiàn)時均產(chǎn)生緊急停車；(2)全程的過速保護(hù)電路：包括加速區(qū)和全速區(qū)的過速保護(hù)，自動減速區(qū)的過速保護(hù)，爬行速度區(qū)的過速保護(hù)，當(dāng)提升機(jī)在井筒中任何位置，速度超過額定速度的15%時，過速繼電器動作，產(chǎn)生緊急停車。在爬行段當(dāng)速度大于2m/s時，爬行繼電器動作；(3)鋼絲繩保護(hù)電路：包括對鋼絲繩速度、打滑等的監(jiān)控；(4)自動起動、運轉(zhuǎn)電路：包括起動信號、自動起動控制、自動減速以及上/下運行控制、停車電路等局部；(5)提升機(jī)監(jiān)控器：監(jiān)視提升機(jī)在井筒中各個部位的運行狀態(tài)，從而發(fā)出各種相應(yīng)的指令，控制提升機(jī)安全可靠地運行。德國西門子公司全數(shù)字式提升機(jī)擁有世界上先進(jìn)的數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)。它有如下特點：第一，緊急制動時的恒減速功能，第二，提升鋼絲繩張力的動態(tài)監(jiān)視功能，第三，提升系統(tǒng)及設(shè)備的動態(tài)顯示和故障自診斷功能。主要由監(jiān)控站，控制處理站，編程器和通訊總線四局部組成?？刂铺幚碚究蓪崿F(xiàn)本系統(tǒng)的邏輯過程控制功能和模擬量的檢測，運算和調(diào)節(jié)功能。監(jiān)控站的主要作用是通過與控制處理站的總線聯(lián)絡(luò)通訊，將控制處理站采集到的控制系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)信息輸入到監(jiān)控站中，通過已編制好的顯示程序，以圖形、表格形式動態(tài)地顯示在顯示器上，同時還可以通過操作鍵對對在程序中設(shè)定的操作量進(jìn)展手動修改，以便進(jìn)展設(shè)備的調(diào)整和試驗。監(jiān)控站的顯示功能齊全，如：(l)主要數(shù)據(jù)顯示：顯示提升機(jī)的主要運行參數(shù)；(2)概貌顯示：顯示提升機(jī)的狀態(tài)，實際控制方式，主要模擬信號，報警指示，故障及停車等數(shù)據(jù)；(3)AK顯示：顯示提升機(jī)控制系統(tǒng)，保護(hù)系統(tǒng)，變流器以及手動緊急停車按鈕工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)；(4)提升機(jī)保護(hù)功能試驗顯示：此顯示供進(jìn)展提升機(jī)保護(hù)功能試驗時使用，在該項顯示上進(jìn)展保護(hù)選擇，并顯示試驗結(jié)果。顯示功能包括接地故障監(jiān)控，過速，減速段過速，過卷及制動五種；(5)繩張力顯示等14種顯示功能，使用戶一目了然。法國的提升機(jī)對于安全保護(hù)的設(shè)置更加完善，設(shè)計的安全保護(hù)有60多種，按照對提升機(jī)的保護(hù)作用，分為三個系統(tǒng)。系統(tǒng)一，包括液壓站故障，制動控制電路的故障以及速度控制系統(tǒng)的故障等。當(dāng)這些故障出現(xiàn)時，均對提升機(jī)施加機(jī)械的(制動閘)或者電氣的(晶閘管逆變制動)制動力矩，控制提升機(jī)緊急停車；系統(tǒng)二，包括提升機(jī)監(jiān)控器，電樞整流器系統(tǒng)的電氣故障等，這類故障出現(xiàn)時對提升機(jī)施加制動力矩，使之緊急停車；系統(tǒng)三，包括盤形閘控系統(tǒng)，調(diào)零系統(tǒng)，電源的接地保護(hù)以及電機(jī)，變壓器超溫保護(hù)等，這類故障出現(xiàn)時，提升機(jī)不需要緊急停車而只是切除基準(zhǔn)速度信號，讓提升機(jī)自動減速停車。另外在安全回路中，這些故障均設(shè)有旁路開關(guān)，當(dāng)這些故障出現(xiàn)時，可以閉合旁路開關(guān)，將提升容器提升到井口，再做處理。我國也有一些大型礦井引進(jìn)了國外的提升系統(tǒng)，但由于國外公司都有技術(shù)保密制度，其核心技術(shù)(如程序等)無法掌握，在使用、維修和零部件的供給上都受到限制。而對于大多數(shù)的中小煤礦來說，其系統(tǒng)高昂的價格也使難以承受的。國產(chǎn)的礦井提升機(jī)經(jīng)過廣闊技術(shù)人員的努力，電氣傳動系統(tǒng)也已經(jīng)有了很大的開展，但在技術(shù)水平上還落后于國外同類產(chǎn)品的水平。電控系統(tǒng)主要以TKD交流拖動為代表，主令操作及故障監(jiān)控仍采用傳統(tǒng)的繼電器控制線路，每臺提升機(jī)需要數(shù)百個甚至上千個觸點的繼電器，系統(tǒng)可靠性差，故障率高，且不易維修，數(shù)目眾多的控制線要和各種動力電纜通過狹小的井筒空間并行下井，安全性差，電磁干擾大。為了彌補(bǔ)這個薄弱環(huán)節(jié)，保證提升機(jī)的安全運行，自九十年代以來，國內(nèi)開展了提升系統(tǒng)安全監(jiān)控的研究工作，全國近十余廠家先后研制了提升機(jī)綜合后備保護(hù)裝置，“TJHB-11型礦井提升機(jī)微機(jī)后備保護(hù)裝置〞、“KTA-UP系列礦井提升安全監(jiān)控系統(tǒng)裝置〞、“WKHB型微機(jī)控制絞車后備保護(hù)裝置〞、“M12-3B提升機(jī)綜合后備保護(hù)儀〞等一批提升機(jī)監(jiān)控裝置應(yīng)運而生。1.3課題主要研究內(nèi)容本論文闡述了礦井直流提升機(jī)的分類、組成和工作原理。從解決實際礦井提升系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，給出了礦井提升機(jī)PLC保護(hù)與控制系統(tǒng)的功能定義，包括行程控制、安全保護(hù)和輔助系統(tǒng)控制。對PLC系統(tǒng)進(jìn)展了軟硬件配置，并設(shè)計了PLC軟件，實現(xiàn)了局部保護(hù)控制功能?？刂葡到y(tǒng)采用了雙線制保護(hù)策略，包括繼電器安全回路和PLC安全回路。論文最后還對提升機(jī)電控系統(tǒng)的開展進(jìn)展了展望。2礦井提升機(jī)概述礦井提升機(jī)是礦井生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，礦井提升的主要任務(wù)是將有用礦物或矸石從井下提到地面，將材料、設(shè)備和人員運往井下，或從井下運到地面。它在礦井生產(chǎn)中占有極其重要的地位。礦井提升是井上下運輸?shù)难屎?。為了保證生產(chǎn)和人員的安全，提升系統(tǒng)設(shè)備和運行必須安全可靠，一旦發(fā)生故障，不僅使全礦生產(chǎn)陷于停頓，而且可能造成嚴(yán)重的人身事故。2.1礦井提升機(jī)的簡介2.1.1礦井提升機(jī)的分類礦井提升機(jī)系統(tǒng)設(shè)備有兩大類組成。一類為機(jī)械設(shè)備，包括：減速器、井架和裝卸載機(jī)構(gòu)；另一類為電氣及控制設(shè)備，包括：主拖動電動機(jī)〔直流或交流〕、電控系統(tǒng)以及制動裝置等。國外礦用提升機(jī)的研究比擬先進(jìn)，并能及時地將研究的成果運用到礦用提升機(jī)的實際生產(chǎn)中。自1827年德國制造出第一臺蒸汽提升機(jī)以來，礦井提升機(jī)大體分為兩種形式，一種為纏繞式提升機(jī)，另一種為摩擦式提升機(jī)。目前廣泛使用單繩纏繞式提升機(jī)和多繩摩擦提升機(jī)。我國的提升機(jī)的分類〔按提升機(jī)類型分〕主要如下：可別離式單卷筒單繩纏繞式纏繞式提升機(jī)雙卷筒多繩纏繞式—布雷爾式〔Blair〕礦井提升機(jī)單繩摩擦式塔式摩擦式提升機(jī)—多繩摩擦式落地式纏繞式提升機(jī)和摩擦式提升機(jī)二者都可以用于主井或副井提升。[6]另外，根據(jù)不同的出發(fā)點，礦井提升設(shè)備還有以下幾種分類方法：按用途可分為a、主井提升設(shè)備，提升煤炭或礦物；b、副井提升設(shè)備，用來引降人員、材料、設(shè)備和矸石，也稱輔助提升，完成輔助升任務(wù)。2、按提升容器可分為：a、箕斗提升設(shè)備，用于主井提升，采用箕斗提升，由于裝卸載快，所以生產(chǎn)率高，一都采用底卸式，當(dāng)箕斗運行到卸載曲軌時，通過裝在扇形閘門上的導(dǎo)輪，將扇形閘門翻開，煤自動從箕斗底部流入煤倉；b、罐籠提升設(shè)備，大型礦井用于副井提升，小型礦井也可兼作主井提升用。它是將礦車推人其中，需要井底車場和地面車場。罐籠主要用于上下人員、材料、設(shè)備或扦石，也可用于提升有益礦物。3、按拖動方式可分為：交流提升設(shè)備和直流提升設(shè)備(其中又有電動一發(fā)電機(jī)組供電與可控硅供電之分)。4、按井筒的角度可分為：a、立井提升設(shè)備，提升容器在井中做上下往復(fù)運動，具有位勢負(fù)載性質(zhì)。b、斜井提升設(shè)備，可采用斜井串車提升，即采用礦車作為提升容器。也可采用斜井箕斗提升，具有生產(chǎn)能力大、裝卸載自動化等優(yōu)點。還可采用斜井膠帶運輸提升，具有安全可靠、運輸量大等優(yōu)點。c、露天礦斜坡提升設(shè)備。2.1.2礦井提升機(jī)的主要組成局部及工作原理礦井提升設(shè)備的主要組成局部有：提升容器、提升鋼絲繩、提升機(jī)(包括機(jī)械及拖動控制)、井架或井塔以及裝卸設(shè)備等，這些設(shè)備構(gòu)成了礦井提升系統(tǒng)。一般的礦井提升機(jī)都有兩個提升容器，并且兩個提升容器在礦井中做方向相反的直線運動，即一個提升容器以一定的速度上升時另一個提升容器以一樣的速度下降。礦井提升系統(tǒng)也可分為兩大類，即用以提升煤炭、礦石的主井箕斗提升系統(tǒng)和完成其它輔助任務(wù)的副井罐籠提升系統(tǒng)。礦井提升機(jī)的系統(tǒng)并非只是上面所示的提升機(jī)局部，它還包括潤滑系統(tǒng)、機(jī)械傳動系統(tǒng)、觀測與操縱系統(tǒng)、拖動控制和自動保護(hù)系統(tǒng)以及制動系統(tǒng)等。1)潤滑系統(tǒng)：在提升機(jī)運行過程中不連續(xù)的給軸承以及齒輪嚙合面壓送潤滑油，保證軸承和齒輪的正常工作。2)機(jī)械傳動系統(tǒng)：由減速器和連軸器組成。減速器用來減速并傳遞動力;連軸器用來連接提升機(jī)的旋轉(zhuǎn)局部，并向其傳遞動力。3)觀測與操縱系統(tǒng)：包括操作臺、深度指示器等裝置。其中深度指示器可以顯示提升容器的所處的深度位置。4)拖動控制和自動保護(hù)系統(tǒng)：包括主拖動電機(jī)和微拖動電機(jī)、電氣控制系統(tǒng)以及由PLC控制的保護(hù)系統(tǒng)。5)制動系統(tǒng)：一般都是液壓制動系統(tǒng)，包括制動器和液壓傳動裝置兩局部。制動系統(tǒng)的功能就是使提升機(jī)卷筒剎車，停頓提升機(jī)的運行，它的可靠性直接關(guān)系到提升機(jī)的安全運行[33]。制動系統(tǒng)不但需要在提升機(jī)停車時結(jié)實的閘住提升機(jī)卷筒，還需要參與提升機(jī)的速度控制，保持提升運行的速度不偏離預(yù)設(shè)的數(shù)值，同時在雙滾筒提升機(jī)中，制動系統(tǒng)還被用來調(diào)節(jié)鋼絲繩的長度[8]。熟悉礦井提升機(jī)的構(gòu)造和工作原理，對于確保提升機(jī)的安全，防止和杜絕故障及事故的發(fā)生具有重大意義。下面簡單介紹一下提升機(jī)的構(gòu)造及其工作原理。單繩纏繞式提升機(jī)的工作原理如圖2—1所示。提升機(jī)安裝在地面的提升機(jī)機(jī)房里，圖2—1單繩纏繞式提升機(jī)工作原理示意圖1卷筒；2鋼絲繩；3天輪；4提升容器；5平衡尾繩鋼絲繩一端固定在卷筒上，另一端繞過天輪后懸掛提升容器，卷筒上固定兩根鋼絲繩，并應(yīng)使每根鋼絲繩在卷筒上的纏繞方向相反。這樣，當(dāng)電動機(jī)經(jīng)過減速器帶動卷筒旋轉(zhuǎn)時，兩根鋼絲繩便經(jīng)過天輪在卷筒上纏上和纏下，從而使提升容器在井筒里做上下運動。單繩纏繞式雙卷筒提升機(jī)具有兩個卷簡，每個卷筒上固定一根鋼絲繩，并應(yīng)使鋼絲繩在兩卷筒上的纏繞方向相反，其工作原理和特點與單卷筒提升機(jī)完全一樣。單繩纏繞式提升機(jī)的一個特點就是需要用較粗的鋼絲繩纏繞在卷筒上，這就要求卷筒必須具備一定的繞組外表積，以便能容納下根據(jù)井深或提升高度所確定的鋼絲繩懸垂長度。單純纏繞式提升機(jī)的規(guī)格性能、應(yīng)用范圍和機(jī)械構(gòu)造等，都是由這一特點來確定的。目前我國淺井及中等深度的礦井多使用單繩纏繞式雙滾筒提升機(jī)。其為不平衡提升系統(tǒng)。多繩摩擦式提升機(jī)如圖2—2所示，由于使用了數(shù)根鋼絲繩代替一根鋼絲繩，鋼絲繩的直徑變小了，摩擦輪的直徑因而變小，但由于有鋼絲繩的根數(shù)增加，所以摩擦輪的寬度相應(yīng)的也要增加。多根鋼絲繩連接在兩個容器之間，分別繞過摩擦筒1和天輪2，通過摩擦筒的轉(zhuǎn)動來帶動容器提升或者下放。與單繩纏繞式相比擬，鋼絲繩與摩擦筒的直徑都有明顯的減小[27]。由于多繩提升系統(tǒng)具有突出的優(yōu)點，目前被廣泛采用。圖2—2多繩摩擦式提升機(jī)工作原理示意圖1、卷筒；2、天輪；3、鋼絲繩；4、提升容器2.2礦井提升機(jī)的運行礦井提升設(shè)備的工作過程是提升容器在井筒中往返運動的過程，通常以提升容器的運動速度與時間的關(guān)系來表示其運動規(guī)律，稱為速度圖[6]。圖2—3為提升機(jī)的五階段速度圖。圖2—3五階段速度圖加速階段tl：兩個提升容器離開卸載曲軌，以較大的加速度al運行，直至最大提升速度Vmax。等速階段t2：此階段中兩個提升容器以不變的速度Vmax、在井筒中運行。減速階段t3：此時上升的提升容器己接近井口，下降的提升容器接近裝載點，應(yīng)該減速，減速度為a3，直至速度降至V4。爬行階段t4：此時提升容器進(jìn)入卸載曲軌，為了減少沖擊，容器以低速V4進(jìn)展“爬行〞。停車休止階段t5：此時提升機(jī)剎車，停頓運行。提升機(jī)的運行情況，如圖2—4所示：圖2—4提升機(jī)運行情況示意圖礦井提升機(jī)的運行特點有：具有周期性在時刻，提升機(jī)啟動，容器A開場上提、容器B開場下放，到時刻提升機(jī)由靜止加速到最高運行速度，當(dāng)運行到時刻時，提升機(jī)開場減速，到時刻速度降至爬行速度，爬行速度是為了使容器準(zhǔn)確停在需要的位置而設(shè)置的。當(dāng)?shù)竭_(dá)時刻時，容器A到達(dá)最終位置，提升機(jī)停車，而容器B到達(dá)井底，下一次提升是容器B按照上述速度圖運行，如此按一定規(guī)律，往返周期運行。電動機(jī)存在兩種運行狀態(tài)根據(jù)電動機(jī)負(fù)載情況的不同，電動機(jī)軸上的受力方向有時與容器的運動方向相反，如向上提升重物，就需要電動機(jī)發(fā)出拖動轉(zhuǎn)矩，即為電動狀態(tài)，我們稱之為正力。有時軸上受力的方向與容器運動方向一樣，如提升機(jī)下放重物，此時為了限制下放重物的速度，可采用制動狀態(tài)，使電動機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)矩的方向與重物方向相反，我們稱之為負(fù)力。繞線型感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻交流拖動系統(tǒng)在減速階段電動機(jī)的運行狀態(tài)，可能有三種情況：自由滑行、負(fù)力減速、正力減速。自由滑行。減速時，電動機(jī)從電網(wǎng)斷開，電動機(jī)的拖動轉(zhuǎn)矩為零，系統(tǒng)在阻力作用下逐漸減速。負(fù)力減速。減速時，使電動機(jī)產(chǎn)生的力矩的方向與運動方向相反，此時電動機(jī)工作在制動狀態(tài)，保證系統(tǒng)按照要求的減速度進(jìn)展減速。正力減速。此時電動機(jī)仍處于電動狀態(tài)，只不過產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，以使提升系統(tǒng)按要求的減速度減速，防止減速度過大。加速度、減速度的限制由于提升系統(tǒng)存在有繩索〔彈性環(huán)節(jié)〕，多數(shù)情況下還存在著減速器齒輪間隙，加速度過大，則會產(chǎn)生過大的機(jī)械震動應(yīng)力，對機(jī)械有害?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定，當(dāng)升降人員時，加速度不得大于0.75m/，而在主井提升中，一般根據(jù)設(shè)計規(guī)定，加、減速度也最好不大于1.2m/。近年來，為了改善鋼絲繩在啟動、制動過程中可能出現(xiàn)的動態(tài)張力，采用變加速度控制，或稱加速度變化率限制，這樣就可以在加、減速階段減小沖擊，同時也可減小鋼絲繩的擺動。2.3提升機(jī)后備保護(hù)礦井提升機(jī)本身帶有一些保護(hù)裝置，但由于監(jiān)控方法和手段的局限性以及礦井中相對惡劣的環(huán)境，常使這些保護(hù)裝置失效，人們?yōu)榱嗽鰪?qiáng)對提升機(jī)的保護(hù)，做出了許多嘗試，經(jīng)理論與實踐的證明，為提升機(jī)增加一套后備保護(hù)裝置是提高其安全性的非常有效的方法國內(nèi)外的后備保護(hù)裝置產(chǎn)品有許多種[9]，但其都具備以下的后備保護(hù)功能:l)顯示功能·提升容器位置(深度、斜坡長)顯示—對容器在井筒中運行位置進(jìn)展動態(tài)顯示?！に俣蕊@示—動態(tài)顯示提升容器在整個過程中的瞬時速度?！ぬ嵘螖?shù)顯示—自動記錄顯示提升機(jī)次數(shù)。2)保護(hù)功能·等速段超速保護(hù)—在等速段的瞬時速度超過最大提升速度巧%時，保護(hù)儀發(fā)出聲光報警信號，并發(fā)出制動信號?！ぷ詣訙p速—容器到達(dá)減速點時，保護(hù)裝置發(fā)出自動減速控制信號并有聲光提示?！p速段保護(hù)—在減速段對提升機(jī)瞬時速度實行包絡(luò)線保護(hù)，近井口實現(xiàn)限速保護(hù)。·深度指示器失效保護(hù)—深度指示器失效后，保護(hù)裝置發(fā)出聲光報警信號，并且在接近井口時發(fā)出制動信號?！たɑ繁Ｗo(hù)—當(dāng)提升箕斗卡阻時發(fā)出保護(hù)控制信號，并伴有聲光報警?！み^卷保護(hù)—過卷保護(hù)是礦井提升機(jī)所有保護(hù)中的最后一道安全保護(hù)，在礦井提升機(jī)前面的安全保護(hù)失靈后，過卷保護(hù)發(fā)揮作用，實施安全保護(hù)。當(dāng)提升容器超過正常終端位置的0.5米時，發(fā)出制動信號并有聲光信號提示。3)打印功能·可用打印機(jī)將存入保護(hù)裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)打印出來。目前國內(nèi)提升機(jī)后備保護(hù)裝置主要都是基于單片機(jī)、PLC(可編程控制器)或工控機(jī)為核心。用這些方法在開發(fā)裝置時，其軟、硬件方面都要花費相當(dāng)大的人力、物力和時間，特別是國內(nèi)的一些后備保護(hù)裝置，人機(jī)界面不友好，功能不夠完善，靈活性欠佳，可操作性不好，同時易外界環(huán)境的干擾，需要改良[35]。2.4礦井提升機(jī)的傳動方式礦井提升系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)中極其重要的環(huán)節(jié)，它的正常運行與否直接影響到礦井的產(chǎn)量。對于提升機(jī)傳動方式的選擇，必須在滿足礦井生產(chǎn)工藝要求即滿足各種可能出現(xiàn)的運行速度圖的前提下，對各種可能的傳動方案進(jìn)展技術(shù)經(jīng)濟(jì)比擬后，選擇最合理的一種傳動方式。我國在20世紀(jì)50—60年代，一般采用交流傳動方式。交流傳動的最大優(yōu)點是：技術(shù)比擬簡單，設(shè)備及安裝費用低，占地面積小，運行維護(hù)容易。但它的最大缺點是：電氣調(diào)速性能差，在減速和爬行階段需要另外增設(shè)傳動裝置，如動力制動、低頻傳動以及晶鬧管串級傳動等，雖然調(diào)速性能得到了改善，然而設(shè)備投資和系統(tǒng)的復(fù)雜性也增加了。由于交流傳動受主電動機(jī)和控制設(shè)備制造容量的限制，所以，對要求提升容量大、速度高的大型礦井，一般采用直流傳動裝置。我國進(jìn)人20世紀(jì)70年代后，礦井的規(guī)模愈來愈大，年設(shè)計生產(chǎn)能力為300萬t、400萬t或500萬t，甚至更大。特別是對于一些井深600m以上的礦井，要求裝載容量大、提升速度高，箕斗容且從12t、18t增大到32t，提升速度從6m/s、8m/s提高到14m/s，甚至還高，對于提升自動化的水平要求也愈來愈高，因此，原來的交流傳動已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要，必須采用直流傳動方式。直流傳動的最大優(yōu)點是：調(diào)速平滑穩(wěn)定，調(diào)速范圍寬，容易實現(xiàn)提升自動化。因為電動機(jī)的轉(zhuǎn)速幾乎與提升負(fù)載無關(guān)，在低速范圍內(nèi)也能穩(wěn)定運行。負(fù)力減速時可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能返回電網(wǎng)。它的缺點是建設(shè)投資大，根基費用高。直流傳動方式又分為發(fā)電機(jī)—電動機(jī)傳動和晶閘管變流器—電動機(jī)傳動兩種，兩者相比，晶閘管變流器—電動機(jī)傳動又具有動作速度快、可靠性高、維護(hù)工作量小、故障少、運行效率高、體積小、重量輕和占地面積小等優(yōu)點。它的缺點是對交流電網(wǎng)的無功沖擊大，因而產(chǎn)生較大的啟動壓降；它的高次諧波會引起交流電網(wǎng)電壓正弦波形的畸變，干擾其他用電設(shè)備；運行功率因數(shù)低；等等。但如對變流器采取特殊接線方式，電樞回路用兩組晶閘管橋串聯(lián)，采用“順序控制〞方法可以提高功率因數(shù)，特別是系統(tǒng)中配置無功補(bǔ)償和諧波吸收裝置后，將大大削弱晶閘管整流裝置對交流電網(wǎng)的無功沖擊和諧波污染，為此，晶閘管交流變流器供電的直流傳動裝置具有廣闊的前景。20世紀(jì)70年代后期，我國煤炭系統(tǒng)從瑞典、德國、法國、波蘭等國引進(jìn)了多臺晶閘管變流器供電的直流提升機(jī)，其中有一批為建井期間施工用提升機(jī)。隨著晶閘管變流器供電傳動技術(shù)的引進(jìn)和開展，國內(nèi)也進(jìn)展了設(shè)計和制造，并取得了良好的效果。目前晶間管元件的容量已開展到4000V，3000A以上，直流快速斷路器的容量已擴(kuò)展到6000A以上。隨著世界電力半導(dǎo)體技術(shù)和交流同步機(jī)傳動的開發(fā)和生產(chǎn)，礦井提升機(jī)傳動裝置又向交流傳動方式開展。目前我國大容量交-交變頻器和交-直-交變頻器供電的交流同步機(jī)傳動系統(tǒng)已經(jīng)被普遍引進(jìn)，全數(shù)字化的自動化提升機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今礦井提升技術(shù)的開展方向。礦井提升機(jī)全自動化運行的實現(xiàn)將極大的提高系統(tǒng)的可靠性、運行效率，以及控制的準(zhǔn)確性，減少人為因素的影響，使主提升系統(tǒng)成為具有自動判斷、顯示故障，自我調(diào)整運行速度，多重互鎖和后備保護(hù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測等全自動化、智能化的控制系統(tǒng)。為礦山進(jìn)一步實那數(shù)據(jù)采集離散化、設(shè)備控制智能化、調(diào)度操作集中化、生產(chǎn)管理信息化、辦公管理自動化等綜合自動化礦井打下堅實的根基3礦井提升機(jī)PLC保護(hù)與控制系統(tǒng)功能定義控制系統(tǒng)功能有主令操作控制和保護(hù)監(jiān)視控制。主令操作控制包括：對系統(tǒng)迸行管理，實現(xiàn)提升機(jī)與操作臺之間的指令傳遞，向提升系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，并改變相應(yīng)電控系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使提升機(jī)按照預(yù)定的力圖和速度圖安全運行，運行方式可分為啟動、等速運行、減速、爬行、停車。PIC根據(jù)運行方式對變頻器實現(xiàn)S形速度給定控制，實現(xiàn)箕斗運行速度的準(zhǔn)S形曲線。保護(hù)監(jiān)控控制主要包括：超速監(jiān)視、過卷監(jiān)視、實時速度監(jiān)視、井筒過卷監(jiān)視、變頻器故障監(jiān)視、礦車行程監(jiān)視、過載監(jiān)視、深度指示器監(jiān)視等，以上監(jiān)視內(nèi)容出現(xiàn)故障時，通過報警回路報警或安全回路實現(xiàn)抱閘停車保護(hù)。3.1行程PLC控制礦井提升機(jī)與所有的運輸設(shè)備一樣，其工作目標(biāo)是把被運輸物體從原始出發(fā)點運輸?shù)侥康牡兀磸囊粋€提升水平(例如A)運至另—個提升水平(例如B)。實質(zhì)上就是位置控制,保證提升容器在預(yù)定地點準(zhǔn)確停車。因此對控制系統(tǒng)而言，它是一種對被控對象“位置變化〞的控制。為保證提升機(jī)運行安全、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、高效，當(dāng)提升機(jī)運行位置變化時，其速度也應(yīng)做相應(yīng)的變化。在實際工作中，實現(xiàn)提升機(jī)從A水平至B水平的運輸時，其速度一般要經(jīng)過初加速、正常加速、等速、減速和低速爬行五個階段的變化，要完成提升機(jī)運行速度的控制，則必須有一個按上述要求確定的可靠的速度參考信號，即調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的“速度給定信號〞，才能保證安全可靠和準(zhǔn)確高效地完成提升仟務(wù)。行程監(jiān)控PLC的主要功能是：將局部操作信號、局部保護(hù)信號以及設(shè)定的一些行程參數(shù)與軸編碼器信號結(jié)合起來進(jìn)展邏輯運算處理,自動產(chǎn)生提升機(jī)所需的速度給定信號即運行曲線,為了盡減少起動、制動過程中的機(jī)械沖擊,提高提升機(jī)控制精度,速度給定信號的加速、減速段為“S〞型曲線,減速段行程通過PLC實際運算來調(diào)節(jié)減速度以保證減速段為一固定值,從而保證了停車點不變和停車點的精度。此外行程監(jiān)控還將軸編碼器信號經(jīng)軟件計算后處理成罐籠在井筒中的位置和在線速度,送到操作臺監(jiān)視器顯示,此外還產(chǎn)生包絡(luò)曲線對提升機(jī)的速度進(jìn)展連續(xù)監(jiān)視[11]。3.1.1速度給定方式分析目前提升機(jī)采用的給定方式有兩種：一是給定速度為時間的函數(shù)(V＝f(t))，簡稱時間給定，其給定速度圖如圖3—1(a)所示；二是結(jié)定速度為行程的函數(shù)(V＝f(s))，簡稱行程給定，其給定速度圖如圖3—1(b)所示。當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性具有足夠的硬度時，這兩種給定方式效果根本是一樣的，僅當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)的靜差率較大，負(fù)載的波動較大(例如副井)時，這兩種給定方式的效果就有差異。為了改善提升系統(tǒng)的運行性能，近年來在速度給定電路中增加了加速度變化率限制環(huán)節(jié)，即不但要限制加速度a，而且還要限制加速度的導(dǎo)數(shù)da/dt，為了使提升系統(tǒng)更加安全可靠地運行，有的提升機(jī)速度給定電路中采用行程給定和時間給定串級連接。但這種電路設(shè)計復(fù)雜、參數(shù)調(diào)整不易，因而為了獲得理想的速度給定曲線，現(xiàn)已采用計算機(jī)軟件來實現(xiàn)速度給定信號的計算。〔a〕時間給定速度圖〔b〕行程給定速度圖圖3—1提升機(jī)給定速度圖〔1〕時間給定方式對于時間給定方式，我們分析以下兩種情況：一是在負(fù)載波動時，假設(shè)系統(tǒng)的靜差率較大，其實際速度是波動的；二是在提升運行最大速度較低時，其減速段運行時間有明顯變化。在這兩種情形下，提升機(jī)運行在減速段的行程距離是變化的。下面舉例說明。圖3—2(a)中的曲線Ⅰ所示的是全速Vm＝10m/s、減速度a2＝1.0m/s、爬行速度Vp＝0.4m/s的給定速度圖。在提升重物時，實際運行的速度V1＝9.8m/s，實際運行的速度圖如圖3—2(a)中的曲線Ⅱ所示。由圖3—2(a)可以看出，在減速段，實際上運行距離比給定速度圖少運行AE段(忽略爬行段的速度偏差)。而AE段折合的運行距離△h為：△h=式中t——A點減至E點所需時間，t＝(10-9.8)/1.0=0.2S則：△h=〔10+9.8〕×0.2=1.98m由于減速點A到停車點E的距離是一點的，減速段距離減少1.98m。一般爬行速度Vp很小，在0.3—0.5m/s之間，那么會使爬行段的運行時間增加好幾秒，致使提升周期延長，提升能力降低。假設(shè)為下放重物，在等速度段的實際速度大于給定速度Vm,實際運行速度圖如圖3—2(b)中的曲線所示，曲線I為給定速度圖。假設(shè)實際運行時全速為10.2m/s，則在減速段，實際上比給定速度圖多運行了CE段。經(jīng)分析CE段的距離為2.02m。由于減速段多運行了2.02m，則爬行段距離就減少了2.02m，為了盡量縮提升重物〔b〕下放重物圖3—2時間給定方式下的偏差分析短提升周期，一般爬行距離僅有2～3m，假設(shè)調(diào)速系統(tǒng)的靜差率再大一些，則有可能在停車時速度仍較高，以致停車時因速度過高而產(chǎn)生機(jī)械沖擊，或停車不準(zhǔn)確，甚至造成上提過卷，給提升機(jī)的安全運行造成不安全因素。時間給定的特點是在任何情況下不管提升速度大小，減速度a都是恒定的，這就形成了不同提升速度下減速曲線差異很大。如果速度圖是按最大速度下最短周期的情況設(shè)計的，則在速度較低情況下運行時減速段縮短，將有很長—段爬行距離，大大延長了提升時間，如圖3—3所示。圖3—3時間給定速度圖仍如上例，提升機(jī)設(shè)計速度Vm＝10.0m/s，減速度a＝1.0m/s，爬行速度Vp=0.4m/s，假設(shè)按最大速度下最短周期的情況考慮，則減速點到停車點距離△S==50m，運行時間t＝＝10s。當(dāng)提升機(jī)以＝5.0m/s運行時，可以計算出減速點至爬行點的距離為：S==12.34m減速點至爬行點的時間為：=4.6s爬行距離：s2＝△S-△Sl＝37.66m爬行時間：t4–t2＝△S2/Vp＝94.15s頂速點至停車點運行時間：△t＝t4－t1＝98.75s由以上計算結(jié)果可以看出，時間給定方式在最大提升速度較低的情況下升循環(huán)周期大大延長，從而也就降低了提升設(shè)備的生產(chǎn)效率?！?〕行程給定方式行程給定就是按行程原則產(chǎn)生速度給定信號，過去通常是采用汽輪板給定方法，即由凸輪板控制自理角機(jī)的輸出電壓。目前已有不少系統(tǒng)采用電子線路(例如SIEMENS公司產(chǎn)品)或計算機(jī)(例如原AEG公司產(chǎn)品)來實現(xiàn)按行程原則產(chǎn)生速度給定信號，即首先通過軸編碼器檢測提升行程，然后根據(jù)行程及期望的速度圖，由電子線路或計算機(jī)產(chǎn)生速度給定信號。對于行程給定方式，當(dāng)負(fù)載變化時，假設(shè)系統(tǒng)的靜差率較大，則在減速階段的實際速度也是波動的，但是減速距離變化很小，下面舉例說明。假設(shè)給定的等速段速度Vm＝10m/s，減速度a2＝1.0m/s2，爬行速度Vp＝0.4m/s，給定的速度圖如圖3—4中的曲線I所示?！瞐〕提升重物〔b〕下放重物圖3—4行程給定方式的誤差分析在提升重物時，實際運行的速度圖如圖3—4(a)中的曲線Ⅱ所示(忽略爬行階段的速度偏差)。設(shè)定的爬行距離為BF段，但實際的爬行段為DF段，致使爬行距離增加了DB段，假設(shè)等速段的實際速度Vc=9.8m/s。速度偏差為0.2m/s。在D點時的實際速度為0.4，而在給定速度圖中此點的速度Vc=0.6m/s，速度偏差也為0.2m/s。經(jīng)計算，速度從0.6m/s下降到0.4m/s時所需的時間為0.2s，則DB段距離為：h＝〔0.4+0.6〕×0.2=0.1m在下放重物時，實際運行的速度圖如圖3—4(b)個的曲線Ⅱ所示(忽略爬行段的速度偏差)。設(shè)定的爬行段為BF，但實際的爬行段為DF，致使爬行距離減少了BD段。假設(shè)在等速段的速度Vc＝10.2m/s，經(jīng)計算，BD段的距離為h＝0.1m。顯然，當(dāng)負(fù)載波動時爬行段的距離根本不變，由此可見，行程給定方式比時間給定方式優(yōu)越。對于行程給定方式，下面就最大運行速度變化時做一分析，并和時間方式下的控制性能比擬。假設(shè)本次開車最大速度值＜，如果還強(qiáng)行按照原最大速度Km設(shè)計的行程給定作為提升機(jī)的速度給定信號，則會在減速點處速度給定信號發(fā)生一個大幅值方向的跳變，這是提升機(jī)運行工藝所不容許的。因此，這里所采取的行程原則是提升機(jī)到減速點后，并不立即減速而是等待一段時間，當(dāng)檢測到實際減速值時，才升始減速，這就相當(dāng)于根據(jù)等速段的實際速度值把減速點適當(dāng)后移。對這種行程給定原則，我們做一簡單計算。仍如上例，Vm＝10m/s,a2＝1.0m/s。減速點到停車點距離＝50m，減速運行時間，＝10s。～時間段間隔：～段內(nèi)行程：12.5m～段內(nèi)行程：=37.5m～時間段間隔：=7.5s減速點到停車點所用時間：12.5s將時間方式速度圖和行程方式速度圖作于圖3—5中，可以看出，行程給定與時間給定相比，抑制了由于最大提升速度的變化而引起的提升周期及距離變長的缺點，提高了生產(chǎn)效率。圖3—5時間方式和行程方式速度圖〔3〕帶加速度變化限制的速度給定礦井提升運行過程必須要求平穩(wěn)、安全、可靠．在副井提人時還應(yīng)保證礦井上下人員的舒適感。梯形速度圖是我國提升機(jī)運行中廣泛采用的一種速度圖，具有代表性的如圖3—6所示。圖3—6折線形速度給定曲線折線形速度給定曲線能夠根本滿足控制要求，但也存在缺乏：一是對電網(wǎng)造成有功和無功的沖擊，形成尖峰負(fù)荷，影響整個電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行；二是對提升系統(tǒng)機(jī)構(gòu)局部產(chǎn)生動態(tài)沖擊，加大鋼絲繩的擺功，對提升機(jī)的穩(wěn)定運行造成不良影響。究其原因，主要是這種折線形速度圖的速度過渡不平滑，在速度的變化轉(zhuǎn)折處加速度變化率過大而造成的。因此，為了解決折線形速度曲線所產(chǎn)生的問題，實現(xiàn)速度圖的平滑變化，我們可以利用計算機(jī)技術(shù)，由軟件實現(xiàn)提升運行速度曲線的S化(即通過限制加速度a的變化率)，產(chǎn)生S形速度給定曲線，如圖3—7所示。并且通過修改有關(guān)提升控制參數(shù)，無論是加速啟動段，還是減速制動段，也無論是單層運行還是多層運行，都可以產(chǎn)生所期望的速度給定曲線。由于軟件調(diào)試方便，參數(shù)可以任意修改，能夠?qū)崿F(xiàn)較為復(fù)雜的控制措施，因此擬用軟件來實現(xiàn)S形速度給定信號。用軟件實現(xiàn)S形速度曲線，其參數(shù)不隨外界變化，而且可以任意修改，以到達(dá)頂期的加速度變化率，采用抗擾能力強(qiáng)的工業(yè)性計算機(jī)，可使系統(tǒng)可靠工作，而且?guī)缀醪恍枰S護(hù)。圖3—7S型速度給定示意圖(4)實際S形速度給定曲線參數(shù)校正在提升機(jī)自動運行或者對于某一恒定的運行最大速度情況下可以使用上述理想速度給定曲線S化方法，但在實際情況中，特別是手動操作方式下，很難保證Vm為常數(shù)。此外，其他一些因素，如減速點、加減速度及其變化率以及爬行點位置、爬行速度等任何變化都會引起運行曲線的變化，因而實際S形速度給定是以上一些因素的函數(shù)。最大運行速度是提升機(jī)運行參數(shù)中極為關(guān)鍵的一個參數(shù)，該參數(shù)的任何改變將直接導(dǎo)致運行曲線相應(yīng)變化。下面就Vm值變化分析給出校正方案。其校正方案流程圖如圖3—8所示。使行程計算機(jī)在提升機(jī)勻速運行段進(jìn)入減速行程之前，根據(jù)該算法預(yù)先計算出、、(分別為與相對應(yīng)的行程)，也就是求出了實際減速點的位置。圖3—8校正方案算法流程采用S形速度圖提升的優(yōu)點采用S形速度圖提升的優(yōu)點主要有以下三個方面：首先，S形速度圖，對電流的變化率進(jìn)展了限制，因而可以大大減小提升機(jī)加速終了的有功沖擊和無功沖擊。其次，采用S形速度圖時，加速度的變化是連續(xù)的，相應(yīng)的拖動力也是連續(xù)變化的，減少了鋼絲繩的動應(yīng)力，緩和了鋼絲繩的受力情況，消除了提升系統(tǒng)沖擊，減少了振動。另外，由于加速度的連續(xù)變化，提升機(jī)也由一個運行階段轉(zhuǎn)向另一個運行階段的過程中速度都是平滑過渡的，理想情況下應(yīng)不產(chǎn)生反超調(diào)的速度沖擊，在實際情況當(dāng)中確實也大大降低了提升速度反超的程度，對調(diào)速系統(tǒng)來說則降低了由于反超調(diào)引起的振蕩程度，從而使提升機(jī)運行平穩(wěn)。還有就是采用S形速度圖，對電樞電流變化率進(jìn)展了限制，有利于晶閘管整流元件的保護(hù)，對于晶閘管整流元件來說都有允許最大電流變化率的限制，當(dāng)實際電流變化率超過其限制時，會由于熱損耗功率太大造成晶閘管元件損壞。采用S形速度圖，可人為地將實際電流變化率限制在允許的范圍內(nèi)，從而在一定程度上防止了由于電流變化率過大導(dǎo)致可控硅元件損壞的情況發(fā)生。3.2保護(hù)系統(tǒng)PLC控制提升機(jī)操作保護(hù)系統(tǒng)主要是完成邏輯操作控制以及故障安全保護(hù)兩個方面的任務(wù)，來自提升系統(tǒng)各局部運行狀態(tài)、運行參數(shù)及操作信號、保護(hù)信號引入到操作保護(hù)系統(tǒng)中。一方面，操作保護(hù)系統(tǒng)將與操作控制相關(guān)的信號進(jìn)展邏輯運算及閉鎖，最后產(chǎn)生控制指令，比方高壓合閘、快開合閘、磁場合閘、運行指令、運行方向、過卷復(fù)位、安全復(fù)位、制動松閘等等；另外一方面，操作保護(hù)系統(tǒng)將與故障保護(hù)相關(guān)的信號進(jìn)展邏輯運算和判斷，最后處理為：立即施閘、提升終了施閘、電氣制動和報警四類，送監(jiān)視器顯示故障類型并且控制聲光報警系統(tǒng)報警并施間，如圖3—9所示。由于PLC可靠性高、硬件功能軟件化，能抑制早期的由繼電器、模擬電子電路和不可編程的數(shù)字電子電路構(gòu)成的提升機(jī)操作保護(hù)系統(tǒng)線路復(fù)雜、故障點多、可靠性低、穩(wěn)定性差等的缺點。在現(xiàn)代操升機(jī)操作保護(hù)系統(tǒng)中得到了普遍使用。礦井提升機(jī)后備保護(hù)器主要是對電動機(jī)、卷揚機(jī)和相關(guān)的機(jī)構(gòu)進(jìn)展檢測，以到達(dá)監(jiān)視箕斗運行方向、速度和位置的目的；通過傳感器等檢測元件的反響，利用PLC強(qiáng)大的邏輯控制、數(shù)據(jù)處理和通信能力實施控制處理、驅(qū)動外設(shè)，以到達(dá)控制目的；利用觸摸屏或組態(tài)軟件與PLC進(jìn)展組態(tài)，實現(xiàn)操作、顯示運行狀態(tài)和人機(jī)數(shù)據(jù)交互等功能。圖3—9提升機(jī)操作保護(hù)系統(tǒng)3.2.1雙線制提升機(jī)安全保護(hù)回路在礦井提升機(jī)中,安全回路是最為重要的。一般來說,提升機(jī)的故障處理方式有3種：①故障信號預(yù)報。如潤滑壓異常、主電動機(jī)軸承過熱等；②事故停車,即完本錢次提升后閉鎖。如開車過程中安全門翻開、調(diào)零電機(jī)故障等；③緊急停車,即立即進(jìn)展電氣和機(jī)械制動,停車后系統(tǒng)閉鎖。如兩終端超速、運行錯向等。安全回路應(yīng)具有完善的故障監(jiān)視功能,使無論是提升機(jī)還是安全回路本身出現(xiàn)故障時,都能確保實施安全制動。主控PLC與繼電器構(gòu)成雙線制提升機(jī)安全保護(hù)回路。來自提升機(jī)各局部的保護(hù)信號分為立即施閘、井口施閘、電氣制動和報瞥類。其中井口施閘、電氣制動和報警類事故信號直接引人到PLC中,PLC將其處理后送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報警系統(tǒng)報警并施閘,而立即施閘類事故信號除引入到PLC中處理、顯示、報警外,還直接引人到安全直動回路,動作施閘系統(tǒng)施閘。主控PLC還將軸編碼器信號經(jīng)軟件計算后處理成罐籠在井筒中的位置和在線速度,進(jìn)展后備位置、速度保護(hù)。提升系統(tǒng)的安全監(jiān)視與保護(hù)環(huán)節(jié)的雙線制原則是確保提升安全可靠性的技術(shù)核心,是實現(xiàn)故障安全優(yōu)先型“熱冗余〞的具體化。應(yīng)該在盡量堅持多樣化原則的根基上,采用另外一套控制器來確保提升的安全。提升機(jī)由機(jī)械、液壓、電氣三局部構(gòu)成。系統(tǒng)復(fù)雜。為了保障提升機(jī)系統(tǒng)安全可靠，必須采用雙線制安全回路，也就是繼電器安全回路和PLC安全回路相結(jié)合，如圖3—10所示。對于一些需要立即施閘停車的重事故信號，比方傳動回路故障、快速開關(guān)跳閘、高壓跳閘、提升容器過卷、超速等等，接入繼電器安全回路。當(dāng)事故發(fā)生時，安全回路動作，液壓制動局部施閘停車，并且同時，故障點接入操作保護(hù)PLC，由軟件實現(xiàn)故障的監(jiān)視、閉鎖以及聲光報警；對于提升機(jī)的其他故障，比方提升終了施閘類故障、電氣制動類故障、報警類故障，則直接由PLC來控制保護(hù)。圖3—10雙線制提升機(jī)安全保護(hù)回路3.2.2繼電器安全回路圖所示為立即施閘類的故障的快速開關(guān)跳閘的繼電器安全直動回路。當(dāng)主電路電流過大,超過快開設(shè)定值,快速開關(guān)動作使主電路斷開,快速開關(guān)的輔助點接人繼電器JD93線圈,當(dāng)繼電器線圈失電,其常開觸點斷開,安全回路繼電器D803、D804、D808失電。安全繼電器D803輸出點接人提升機(jī)控制回路,繼電器線圈失電時,封鎖主令和可調(diào)閘輸出,可調(diào)閘輸出封鎖后,輸出值變?yōu)?mA,液壓站的電磁閥動作,抱閘停車。安全繼電器D804輸出點接人液壓站油泵控制回路,繼電器線圈失電后,油泵主電源斷開,停頓運轉(zhuǎn),液壓站實行二級制動抱閘停車。安全繼電器D805輸出點接人PLC安全回路,繼電器線圈失電后,斷開PLC安全回路。安全繼電器D808輸出點接人接入調(diào)節(jié)柜安全回路,繼電器線圈失電時,封鎖可控硅觸發(fā)脈沖,停頓主回路和勵磁回路的電流輸出。由上圖可以看出,安全回路還有“行程PLC故障〞信號,它來自于PLC系統(tǒng),主要對提升機(jī)運行狀態(tài)進(jìn)展行程監(jiān)控。當(dāng)提升機(jī)在運行中出項行程故障,如減速段超速,一方面PLC發(fā)出故障,報警停車；另一方面繼電器安全直動回路動作,這樣就保證了提升機(jī)運行的可靠性。圖3—11繼電器安全回路3.2.3PLC安全回路PLC將輸入的保護(hù)信號分為四類：立即施閘類故障、提升終了施閘類故障、電氣制動類故障、報警類故障。每種故障均通過輸出模塊來輸出，并且在外部帶有一中間繼電器。如圖3—12所示。圖3—12PLC安全回路圖中，I﹡.﹡表示輸入到PLC的保護(hù)信號地址。KDl57、KDl66、KDl67、KDl52是外部帶的中間繼電器，KDl57表示立即施閘類故障，KDl66表示提升終了施閘類故障，KDl67表示電氣制動類故障，KDl52表示報警類故障。KDl57、KDl66、KDl67的接點與繼電器安全回路中的D801、D803、D804的接點串聯(lián)組成液壓制動系統(tǒng)安全制動電磁閥的控制回路。3.2.4故障保護(hù)在PLC中的實現(xiàn)提升過程監(jiān)視,最重要的是提升行程終端的監(jiān)視，即減速段超速和過卷監(jiān)視，以及等速段超速監(jiān)視，實現(xiàn)方式多為PLC構(gòu)成的電子式裝置外加井筒開關(guān)。(1)過卷監(jiān)視。過卷監(jiān)視的信息來源于兩個方面：一是硬過卷，也就是井筒開關(guān)過卷；二是軟過卷，即行程控制系統(tǒng)根據(jù)絞車行程脈沖計算出來的行程值和提升高度值相比擬，超出實際提升高度就認(rèn)為是過卷，并且同時發(fā)出絞車過卷信號。這兩種過卷信號共同作用于絞車安全回路，為絞車的安全運行設(shè)置雙重保護(hù)。(2)鋼絲繩滑動監(jiān)視。以往模擬控制系統(tǒng)中鋼絲繩打滑是靠導(dǎo)向輪上安裝的側(cè)速機(jī)信號和傳動控制器上的測速機(jī)信號進(jìn)展相互監(jiān)視的，而數(shù)字式行程控制系統(tǒng)可以通過分別安裝在主滾筒和導(dǎo)向輪上的軸編碼器脈沖值來實現(xiàn)相互監(jiān)視。即如果這兩者之間的脈沖值相差超出一定范圍，則輸出鋼絲繩滑動的故障信息，并且同時進(jìn)入電氣制動狀態(tài)。(3)超速監(jiān)視。在等速段，實測速度假設(shè)超出最大速度Vm的15％，則給出等速段超速信號，并且進(jìn)入電氣制動；在減速段不斷將實際速度和由減速行程距離計算出來的連續(xù)速度保護(hù)包絡(luò)線相比擬。假設(shè)實際速度超出保護(hù)包絡(luò)線則發(fā)出報警信號，同時進(jìn)入電氣制動。除了上述包絡(luò)線對減速段進(jìn)展連續(xù)監(jiān)視外，還可以在井筒某些固定的位置上進(jìn)展定點速度監(jiān)視，即可實現(xiàn)點對點監(jiān)視的功能。(4)軸編碼器監(jiān)視。軸編碼器是否正常工作對整個行程控制系統(tǒng)的正常運行有著至關(guān)重要的作用，因此必須對軸編碼器實行監(jiān)視。在本系統(tǒng)中，主滾筒和導(dǎo)向輪兩處各裝一套軸編碼器，并在S7—300PLC配置了兩套FM350高速計算模塊，對應(yīng)每一套編碼器分別計數(shù)，并通過軟件比擬兩套FM350之間的計數(shù)值，形成互為監(jiān)視。如果程序檢測到編碼器故障信號，則發(fā)出報管并進(jìn)入電氣制動，最后停車檢查。(5)測速機(jī)—編碼器監(jiān)視。測速機(jī)輸出電壓的大小即代表了提升機(jī)的運行速度，而編碼器發(fā)出的是數(shù)字量的脈沖信號，脈沖信號的頻率代表著提升機(jī)運行的實際速度，因此將測速機(jī)發(fā)出的模擬電壓信號，再經(jīng)過相應(yīng)處理輸入計算機(jī)，就可經(jīng)軟件實現(xiàn)這兩者速度信號的相互比擬和監(jiān)視。這種數(shù)字和模擬方式的互為監(jiān)視，無疑為提升機(jī)的安全運行提供了又一種后備保護(hù)。(6)方向監(jiān)視。當(dāng)通過方向繼電器設(shè)置—個轉(zhuǎn)向時，提升機(jī)必須按此方向運行，假設(shè)提升機(jī)按相反方向運行，則側(cè)速機(jī)的電壓極性相反，從而使安全回路動作。(7)離站監(jiān)視。松閘指令發(fā)出以后，或者是制動手柄已經(jīng)處于“松閘〞位置，延時一定時間后，速度應(yīng)到達(dá)某一預(yù)定值，否則輸出故障信息并使安全回路立即動作。(8)停車監(jiān)視。在停車期間，方向繼電器不帶電，提升機(jī)不能運行，如果提升機(jī)由于某種原因而運轉(zhuǎn)起來，則測速機(jī)輸出電壓信號，使安全回路立即動作。(9)速度調(diào)節(jié)器解鎖監(jiān)視。假設(shè)速度調(diào)節(jié)器未解鎖，假使松閘，則應(yīng)使安全回路動作；假設(shè)速度調(diào)節(jié)器解鎖，延時0.5s后，閘仍沒松開，則必須重新封鎖調(diào)節(jié)器，以免堵轉(zhuǎn)。3.2.5PLC中的局部閉鎖可實現(xiàn)的閉鎖有防突然反向閉鎖、開車條件閉鎖、箕斗提升選擇閉鎖等。下面舉例來說明其在PLC中的實現(xiàn)。1．防突然反向閉鎖 程序如下所示：圖3—13防突然反向閉鎖其中,“QJD-SA〞“ZXTC〞分別表示“提S勾〞“N勾停車〞；“HJD-SA〞“FXTC〞分別表示“提N勾〞“S勾停車〞。程序說明N勾和S勾的開車和停車是互鎖的,提N勾時報出S勾停車的信號,提S勾時報出N勾的停車信號。2．開車條件閉鎖程序如下所示：圖3—14開車條件閉鎖 其中，“KCJT〞表示“開車條件〞，“CZT-JT〞表示“急停〞。 3．箕斗提升選擇閉鎖 程序如下所示：圖3—15箕斗提升選擇閉鎖“TCF〞表示“停車方式〞，“QJD-SA〞和“HJD-SA〞在程序中串聯(lián)，當(dāng)同時動作時，即既有提S勾指令又有提N勾指令時，進(jìn)入停車方式，進(jìn)展停車。3.2.6PLC控制液壓制動系統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)PLC控制器如圖3—16所示，主要完成以下功能:采集PLC控制系統(tǒng)中壓力、溫度等信號，對液壓制動系統(tǒng)實施保護(hù)。2、為液壓制動系統(tǒng)中的各種電磁換向閥提供控制信號。3、為液壓制動系統(tǒng)中的可調(diào)閘KT提供控制電源信號。4、液壓制動系統(tǒng)有正常工作閘、正常工作制動、故障恒減速制動和故障二級制動四種工作方式圖3—16PLC控制液壓制動系統(tǒng)3.2.7其它保護(hù)措施PLC的故障大體上可分為2類：一類是偶發(fā)性故障，通常由外部因素引起，這類故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)部件的損壞；另一類是永久性故障，多由內(nèi)部因素引起,這類故障會導(dǎo)致元器件不可恢復(fù)的破壞。為了提高PLC工作的可靠性，應(yīng)在軟件設(shè)計方面采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)手段和故障診斷措施，一旦故障條件消失，即可恢復(fù)正常工作；當(dāng)永久性故障出現(xiàn)時，能很快查出故障部位并將故障限制在局部。降低故障時PLC的平均修復(fù)時間。3.3輔助系統(tǒng)PLC控制提升機(jī)輔助系統(tǒng)包括提升信號系統(tǒng)、原煤裝、卸載系統(tǒng)以及罐籠操車系統(tǒng)。礦井提升分主井提升和副井提升。主井主要用于提升原煤，所用提升容器稱為箕斗，其輔助系統(tǒng)叫做裝、卸載系統(tǒng)，包括：煤倉、給煤機(jī)、帶式輸送機(jī)、定量斗、溜槽、閘門、稱重和位置傳感器以及電控系統(tǒng)等；副井用于升降人員、材料、設(shè)備和矸石等，所用提升容器稱為罐籠，其輔助系統(tǒng)叫做操車系統(tǒng)，包括：搖臺、推車器、阻車器、井門、液壓(或風(fēng)壓)站和位置傳感器以及電控系統(tǒng)等。在主、副井提升系統(tǒng)中，信號系統(tǒng)用于井底、井口、提升機(jī)車房三個地方的信息聯(lián)絡(luò)。例如是否可以開車、是快速開車還是慢速開車、以哪一種工作方式開車等等。4礦井提升機(jī)PLC保護(hù)與控制系統(tǒng)實現(xiàn)4.1行程控制PLC系統(tǒng)設(shè)計4.1.1提升行程控制PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計提升機(jī)的行程控制,實質(zhì)上是位置控制,保證提升容器在預(yù)定地點準(zhǔn)確停車。目前,比擬通用的方法是由PLC構(gòu)成數(shù)字式行程給定裝置,通過光—電增量式轉(zhuǎn)角—脈沖變換器,經(jīng)PLC采集、處理并計算出位移量,輸出速度給定信號。提升行程控制器由PLC、兩個軸編碼器和井筒開關(guān)等構(gòu)成。其中一個軸編碼器裝在提升機(jī)的驅(qū)動輪上，另一個軸編碼器裝在提升機(jī)的導(dǎo)向輪上；行程控制器所用井筒開關(guān)裝在井筒中齊平位置(即井口停車位)、同步位置(距齊平位10m左右)和限速位置(距齊平位30m左右)三個地方；PLC選用西門子公司的S7—300，主要模塊包括：電源模塊PS307、CPU模塊CPU314、開關(guān)量輸入模塊SM321、開關(guān)量輸出模塊SM322、模擬量輸入模塊SM331、模擬量輸出模塊SM332、計數(shù)模塊FM350和通信模塊CP340，如圖4—1所示。圖4—1行程PLCS7—300硬件配置(1)PS307電源模塊其主要技術(shù)特性如下：①主電壓選擇開關(guān)，帶有保護(hù)套的開關(guān)可供選擇120V交流或230V交流，并帶有一24V直流ON/OFF開關(guān)。②輸入電壓額定值120VAC或230VAC：，允許范圍93～132VAC或187～264VAC，輸入電流額定值120V時為2A，230V時為1A，啟動電流可達(dá)45A。②輸出電壓額定值24VDC，其波動范圍為土5﹪，輸出額定電流為5A，具有電流保護(hù)功能。(2)CPU314模塊作為中央處理單元，用于輸入信號狀態(tài)，處理控制程序及控制信號的輸出，該模塊具有豐富的邏輯運算指令和算術(shù)功能，可以滿足對處理速度有快速要求的場合。CPU314在300ns內(nèi)執(zhí)行一條二進(jìn)制指令，為用戶提供了充足的工作內(nèi)存，24K字節(jié)RAM(相當(dāng)于8K語句)，而且可用最大為512K字節(jié)的插入型存儲器卡簡單地進(jìn)展掉電程序備份。(3)開關(guān)量輸入模塊SM321將外部開關(guān)接點信號轉(zhuǎn)換成S7—300內(nèi)部信號電平，其輸人點數(shù)為32路，工作電壓為24VDC。輸入到該模塊的主要信號有：提升機(jī)運行方式選擇信號(如提物、提人、檢修、下大件等)、控制方式選擇信號(如手動、自動)、井筒開關(guān)信號(如齊平點、同步點、限速點)、故障安全復(fù)位信號、過卷復(fù)位信號和安全回路信號等。(4)開關(guān)量輸出模塊SM322將S7—300內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換成所要求的外部信號電壓，其輸出16路繼電器接點，大局部是故障輸出接點，包括軟過卷、錯向、滑繩、等速段超速、減速段超速、軸編碼器故障、測速機(jī)故障、井簡開關(guān)故障、PLC故障等。(5)模擬量輸入模塊SM331和輸出模塊SM332其輸入信號是：操作臺上主令手柄的給定信號和測速機(jī)信號；模擬量輸出模塊SM332輸出調(diào)節(jié)系統(tǒng)所需的速度給定信號。(6)FM350高速計數(shù)模塊對來自軸編碼器的脈沖信號進(jìn)展計數(shù)和處理，以指示提升容器的實際位置和速度，繼而進(jìn)展位置閉環(huán)控制。FM350是一種智能型的單通道計數(shù)模塊，用于寬范圍的單計數(shù)任務(wù)．它可以用在SIMATICS7—300上，通過計數(shù)模塊，減輕了CPU的工作負(fù)擔(dān)；FM350模塊作為一種智能模塊，它可以完成與CPU的雙向傳遞，并具有智能化等特點。CPU可讀取來自計數(shù)模塊的計數(shù)值，同時也可對計數(shù)模塊的計數(shù)方式進(jìn)展控制。(7)通信模塊CPU340用于與上位機(jī)通信，將行程控制器的信息(如提升行程、速度、各種運行狀態(tài)信號和故障信號等)傳輸給上位機(jī)。4.1.2提升行程控制PLC軟件系統(tǒng)設(shè)計〔1〕PLC系統(tǒng)軟件概述S7—300PLC所用編程軟件是STEP7，該軟件對于專用編程器(如PG720/720C、PG740和PG760)而言，是預(yù)先裝在里面的，同時它也可以作為個人計算機(jī)(PC機(jī))在Windows環(huán)境下的—個軟件包，但必須配備MPI卡或PC/MPI電纜。STEP7軟件具有如下功能：SIMATIC管理器。集中管理有關(guān)SIMATICS7的所有工具軟件和數(shù)據(jù)。符號編輯器。用于定義符號名稱，數(shù)據(jù)類型和全局變量的注釋。硬件組態(tài)。用于自動控制系統(tǒng)組態(tài)和為各模板進(jìn)展參數(shù)設(shè)置。通訊。用于定義MPI連接的自動化組件之間時間中斷、循環(huán)數(shù)據(jù)傳送或者定義用MPI的數(shù)據(jù)傳輸。信息功能。便于快速瀏覽CPU數(shù)據(jù)(CPU版本、存儲容量、可用的I/O點數(shù)、最長/最短/最后循環(huán)周期長度)以及用戶程序在運行中的故障原因。標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言：梯形圖(LAD)，語句表(STL)，控制系統(tǒng)流程圖(CSF)。STEFP7用文件形式管理用戶編寫的程序，并將這些程序及其所需數(shù)據(jù)在文件塊中編程，如果這些功能塊是子程序，可以通過調(diào)用語句將它們組成構(gòu)造化的用戶程序，STEP7軟件塊有如下幾種類型：組織塊(OB)：控制程序的運行。功能塊(FB)：包含實際的用戶程序。功能(FC)：包含常用功能的用戶程序。數(shù)據(jù)塊(DB)：用戶數(shù)據(jù)的存儲區(qū)。系統(tǒng)功能塊(SFB)：這種功能被集成到CPU的操作系統(tǒng)。系統(tǒng)功能塊(SFC)：它也集成到CPU操作系統(tǒng)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊(SDB)：CPU操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)并包括各硬件模塊參數(shù)設(shè)置?！?〕軟件配置STEP7軟件將用戶程序指令存放于“塊〞中，根據(jù)用戶程序要求，可用以下幾種類型的塊來存放程序指令：組織塊(OB)，它可以提供CPU操作系統(tǒng)與用戶程序的接口。OB1執(zhí)行用戶程序的循環(huán)處理，其他OB塊響應(yīng)特定事件和中斷；功能塊(FB)，它是執(zhí)行時帶有即時數(shù)據(jù)的可屢次調(diào)用的邏輯功能塊，用戶程序每次對FB調(diào)用提供新參數(shù)；功能塊(FC)，這種功能塊執(zhí)行時不需帶有即時數(shù)據(jù)塊，用戶對FC的每次調(diào)用提供新的參數(shù)；由于FC塊處理數(shù)據(jù)的不同方法，一個FC比FB需要的CPU處理開銷少。本系統(tǒng)中，我們選擇了三種OB塊：1〕OB100為加電啟動組織塊，在該組織塊中，編制有關(guān)系統(tǒng)參數(shù)初始化指令及相關(guān)模塊的設(shè)置程序。該組織塊僅在系統(tǒng)加電啟動后運行—次，在以后的程序循環(huán)中不再執(zhí)行。系統(tǒng)啟動程序流程圖如圖4—2所示。圖4—2系統(tǒng)啟動程序0B100流程圖2〕OB1為循環(huán)運行組織塊，也即用戶主程序局部，程序框圖如圖4—3所示。在OBl中可以調(diào)用其他用戶功能塊和系統(tǒng)功能塊，如SFB、SFC、FB、FC等。根據(jù)構(gòu)造化設(shè)計程序的原則，將能完成某些特定功能的程序事先編制成可以重復(fù)調(diào)用的FB、FC功能塊形式，然后在OB1中執(zhí)行相關(guān)調(diào)用。這樣程序設(shè)計構(gòu)造清晰、功能明確，編制和調(diào)試都很方便。圖4—3主程序OB1程序框圖3〕OB35為循環(huán)時間中斷組織塊，循環(huán)時間值為0～60s，根據(jù)用戶需要可進(jìn)展任意設(shè)置。在用戶中斷程序中，根據(jù)各種邏輯關(guān)系和實際提升速度以及實際提升行程值，進(jìn)展有關(guān)邏輯判斷及數(shù)據(jù)處理，給出提升機(jī)運行速度給定信號和各種行程控制信號。當(dāng)PLC接收到來自傳感器、接近開關(guān)或變頻器故障等外部控制信號時，PLC控制程序轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理程序處，完成超速保護(hù)、過卷、過載、松繩等保護(hù)及提升機(jī)位置、速度監(jiān)控度頻器故障監(jiān)控竿當(dāng)有故障出現(xiàn)時可轉(zhuǎn)到相應(yīng)的故障處理模塊迸行故障處理，并通過報警回路報警或安全回路實現(xiàn)抱閘停車保護(hù)。中斷程序流程圖如圖4—4所示。圖4—4中斷程序OB35流程圖對于其他一些需重復(fù)調(diào)用的程序塊則都編制成功能塊(FB或FC)，在組織塊中執(zhí)行相關(guān)調(diào)用，例如：速度監(jiān)視功能塊、行程計算功能塊、模擬量處理功能塊、S形速度給定曲線產(chǎn)生功能塊、連續(xù)速度保護(hù)包絡(luò)線產(chǎn)生功能塊、故障監(jiān)視功能塊以及停車用功能塊等。4.2提升機(jī)PLC操作保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計4.2.1操作保護(hù)系統(tǒng)硬件配置選用西門子PLCS7—300，由其構(gòu)成提升機(jī)PLC操作保護(hù)硬件系統(tǒng)。如圖4—5所示。圖4—5操作保護(hù)PLCS7—300硬件配置電源模塊將120V或220VAC交流電壓轉(zhuǎn)換成24VDC直流電壓為其他模塊供電；CPU模塊用于控制總線上模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸并執(zhí)行用戶程序；輸出模塊用于將S7—300內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)所要求的外部信號電平，輸出提升機(jī)系統(tǒng)控制指令；輸入模塊用于將提升系統(tǒng)送來的外部數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成S7—300內(nèi)部信號電平；A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將控制系統(tǒng)送來的外部模擬信號(如電壓、電流、速度、溫度、壓力等)轉(zhuǎn)換成S7—300內(nèi)部處理用的數(shù)字信號；通信模塊用于與上位機(jī)通信，將信息(如提升行程、速皮、各種運行狀態(tài)信號和故障信號等)傳輸給上位機(jī)；D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出模擬信號，用于控制液壓制動局部可調(diào)閘；計數(shù)模塊共兩塊，分別用于對導(dǎo)向輪的軸編碼器和主滾筒上的軸編碼器進(jìn)展計數(shù)。4.2.2操作保護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計西門子S7—300是將用戶程序存放于已編制好的“軟件模塊〞中，它的軟件模塊有以下幾種類型：(1)組織塊(OB)。它提供CPU操作系統(tǒng)與用戶程序的接口。OBl執(zhí)行用戶程序的循環(huán)處理，其他OB塊響應(yīng)特定事件和中斷。(2)功能塊(FB)。它是執(zhí)行時必須帶有即時數(shù)據(jù)塊的可屢次調(diào)用的邏輯功能塊，用戶程序每次對FB調(diào)用提供新參數(shù)。(3)功能塊(FC)。這種功能塊執(zhí)行時不需帶有即時數(shù)據(jù)塊，用戶對FC的每次調(diào)用提供新的參數(shù)。(4)數(shù)據(jù)塊(DB)。在PLC存儲器內(nèi)開辟—個存儲區(qū)，存放各種不同類型的數(shù)據(jù)。根據(jù)提升機(jī)操作保護(hù)系統(tǒng)的功能要求，用戶程序可選擇OB100、OB1、OB35、FCl、FC0、FC5、FC91、FC92、FC93、FC94、FC95和FC114以及DB1、DB2等軟件模塊構(gòu)成，其中：(1)FC0、FC1、DBl、DB2四個子程序塊用用來完成計數(shù)模塊的脈沖計數(shù)任務(wù)，并將相關(guān)計數(shù)值存放在DBl和DB2中，實現(xiàn)CPU模塊和計數(shù)模塊之間數(shù)據(jù)傳輸。(2)FC5子程序塊用來對輸入到PLC的操作信號和運行狀態(tài)信號進(jìn)展邏輯處理及閉鎖，產(chǎn)生提升系統(tǒng)各局部的控制指令。(3)FC9l子程序塊用來對輸入到PLC的模擬量進(jìn)展處理，模擬量包括：主電機(jī)電流、測速機(jī)速度、軸承溫度、變壓器溫度、主電機(jī)溫度、液壓站油壓及提升載荷。(4)FC92、FC93、FC94、FC95子程序塊對輸入到PLC的故障保護(hù)信號進(jìn)展處理。依次分別處理立即施閘類故障、電氣制動施閘類故障、提升終了施閘類故障、報警類故障。(5)FCl44子程序塊生成PLC內(nèi)部安全回路，輸出立即施間、電氣制動施閘、提升終了施間及報警以及液壓站二級制動控制信號。(6)OB100為PLC加電啟動組織塊，可編制有關(guān)系統(tǒng)參數(shù)初姑化指令及相關(guān)模塊的設(shè)置程序。該組織塊僅在系統(tǒng)加電啟動后運行一次，在以后的程序循環(huán)中不再執(zhí)行。OB100程序流程圖如圖4—6所示。圖4—6系統(tǒng)啟動程序OB100流程圖(7)OBl為循環(huán)運行組織塊，即用戶主程序局部，程序圖如圖4—7所示。根據(jù)構(gòu)造化程序設(shè)計原則，將能夠完成某些特定功能的程序事先編制成可重復(fù)調(diào)用的FC功能塊形式，然后在OBl中執(zhí)行相關(guān)的調(diào)用。這樣的程序設(shè)計構(gòu)造清晰、功能明確，編制和調(diào)試都很方便。(8)OB35為定時中斷組織塊，主要是根據(jù)計數(shù)模塊的計數(shù)值，計算出提升機(jī)的運行速度。中斷程序流程如圖4—8所示。圖4—7主程序OB1程序框圖圖4—8中斷程序DB35流程圖4.3輔助系統(tǒng)PLC系統(tǒng)技術(shù)4.3.1PLC控制的主井提升信號和裝、卸載系統(tǒng)PLC控制的提升信號及裝卸載系統(tǒng)可明顯降低設(shè)備故障率、簡化操作、減輕工人勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)運行的安全可靠性、最大限度的縮減裝卸載的時間，使主井提升通過秒里挖潛，到達(dá)提高產(chǎn)量、提高效率的目的。整體系統(tǒng)構(gòu)成如圖4-9所示圖4—9PLC控制的主井提升信號和裝、統(tǒng)載系統(tǒng)PLC控制的主井提升信號和裝、卸載系統(tǒng)由提升機(jī)車房PLC監(jiān)控站、井口(又稱上井口)PLC卸載控制站和井底(又稱下井口)PLC裝載控制站三局部構(gòu)成。4.3.2PLC控制的副井提升信號和操車系統(tǒng)PLC控制的副井提升信號和操車系統(tǒng)由提升機(jī)車房PLC監(jiān)控站、井口(又稱上井口)PLC控制站和井底(又稱下井口)PLC抨制站三局部構(gòu)成，如圖4—10所示。圖4—10副井提升信號操車系統(tǒng)5總結(jié)與展望5.1全文總結(jié)本文主要是針對礦井提升機(jī)安全保護(hù)當(dāng)中存在的問題，設(shè)計出一套提升機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)。論文的研究主要完成了以下工作：礦井提升機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計；保護(hù)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計；保護(hù)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。縱觀整個系統(tǒng)，得到如下結(jié)論：本設(shè)計的總體方案設(shè)計正確、可行，其主要功能根本得到實現(xiàn)。系統(tǒng)運行良好，顯示準(zhǔn)確，操作方便，并具有較強(qiáng)的抗干擾性能。邏輯運算功能更強(qiáng)、更靈活。由于PLC內(nèi)設(shè)了數(shù)千個各類輔助繼電器,使原來的控制回路全部由軟件來實現(xiàn),因此控制功能更強(qiáng)、更靈活。體積小,維修方便。由于該系統(tǒng)引入了計算機(jī),使系統(tǒng)的外部接線大大減少,且條理清晰,從而簡化了日常維修難度。故障實現(xiàn)自登錄、自診斷。由于計算機(jī)具有智能,它可對系統(tǒng)發(fā)生故障進(jìn)展自動檢測、自動登錄報警,使故障檢測更快捷、更準(zhǔn)確。對系統(tǒng)主要的保護(hù)如行程控制等實現(xiàn)硬件、軟件雙重檢測,使保護(hù)更可靠,運行更安全?？刂凭雀摺U(kuò)展功能強(qiáng)。如需對系統(tǒng)的功能及參數(shù)進(jìn)展改變,不必更改硬件接線,只需改動內(nèi)部程序即可本文較好地解決了當(dāng)前提升機(jī)速度保護(hù)中存在的缺乏，實踐驗證可以實現(xiàn)準(zhǔn)確、可靠的速度保護(hù)。5.2研究展望在未來提升機(jī)的開展上，PLC將起到越來也重要的地位，本文只是泛泛的進(jìn)展了討論和研究，未涉及到更