【正文】 性直接關(guān)系到提升機的安全運行 [33]。 單繩纏繞式提升機的工作原理如圖 2— 1 所示。單繩纏繞式提升機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表面積，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。 多繩摩擦 式提升機如圖 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。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 圖 2— 2 多繩摩擦式提升機工作原理示意圖 卷筒 ； 天輪 ； 鋼絲繩 ； 提升容器 礦井提升機的運行 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]。 （ 3） 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。當達到 5t 時刻時，容器 A到達最終位置，提升機停車，而容器 B 到達井底，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。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 自由滑行。 正力減速。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。速度顯示 — 動態(tài)顯示提升容器在整個過程中的瞬時速度。等速段超速保護 — 在等速段的瞬時速度超過最大提升速度巧 %時，保護儀發(fā)出聲光報警信號，并發(fā)出制動信號。減速段保護 — 在減速段對提升機瞬時速度實行包絡(luò)線保護，近井口實現(xiàn)限速保護?？ɑ繁Ｗo — 當提升箕斗卡阻時發(fā)出保護控制信號，并伴有聲光報警。 3)打印功能 礦 井提升機的傳動方式 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。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。 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。 直流傳動方式又分為發(fā)電機 — 電動機傳動和晶閘管變流器 — 電動機傳動兩種，兩者相比，晶閘管變流器 — 電動機傳動又具有動作速度快、可靠性高、維護工作量小、故障少、運行效率高、體積小、重量輕和占地面積小等優(yōu)點。 隨著晶閘管變流器供電傳動技術(shù)的引進和發(fā)展，國內(nèi)也進行了設(shè)計和 制造， 并 取得了良好的效果。 礦井提升機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，以及控制的中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 精確性，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，實現(xiàn)遠程監(jiān)測等全自動化、智能化的控制系統(tǒng)。 保護監(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。為保證提升機運行安全、準確、經(jīng)濟、高效，當提升機運行位置變化時，其速度也應(yīng)做相應(yīng)的變化。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 速度給定方式分析 目前提升機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 。 （ a）時間給定速度圖 （ b）行程給定速度圖 圖 3— 1 提升機給定速度圖 （ 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 是在負載波動時，若系統(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。在提升重物時，實際運行的速度 V1＝ ，實際運行的速度圖如圖 3— 2(a)中的曲線 Ⅱ 所示 。 若為下放重物，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 。 時間給定的特點是在任何情況下不論提升速度大小，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別很大。 （ 2） 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的輸出電壓。 （ a）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 )。經(jīng)計算，速度從 下降到 ，則 DB段距離為： hDB ＝ 21)(21 ?? tVVBE（ +） = m 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 )。 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較。 仍如上例， Vm＝ 10 m/s,a2＝ m/s2 。梯形速度圖是我國提升機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。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。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)。使行程計算機在提升機勻速運行段進入減速行程之前，根據(jù)該算法預(yù)先計算出 5S 、6S 、 7S ( 5S 6S 7S 分別為與 765 ttt 相對應(yīng)的行程 )，也就是求出了實際減速點的位置。 還有就是采用 S 形速度圖，對電樞電流變化率進行了限制，有利于晶閘管整流元件的保護，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。 由于 PLC 可靠性高、硬件功能軟件化，能克服早期的由繼電器、模擬電子電路和不可編程的數(shù)字電子電路構(gòu)成的提升機操作保護系統(tǒng)線路復(fù)雜、故障點多、可靠性低、穩(wěn)定性差等的缺點。一般來說 ,提升機的故障處理方式有 3 種： ①故障信號預(yù)報。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 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 , 進行后備位置、速度保護。系統(tǒng)復(fù)雜。 圖 3— 10 雙線制提升機安全保護回路 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。 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。 圖 3— 11 繼電器安全回路 PLC 安全回路 PLC 將輸入的保護信號分為四類：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。 KDl5 KDl6 KDl6 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。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較，超出實際提升高度就認為是過卷，并且同時發(fā)出絞車過卷信號。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，并且同時進入電氣制動狀態(tài)。中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁 除了上述包絡(luò)線對減速段進行連續(xù)監(jiān)視外，還可以在井筒某些固定的位置上進行定點速度監(jiān)視，即可實現(xiàn)點對點監(jiān)視的功能。如果程序檢測到編碼器故障信號，則發(fā)出報管并進入電氣制動，最后停車檢查。 (6) 方向監(jiān)視。 (8) 停車監(jiān)視。 PLC 中的部分閉鎖 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。 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”，“ CZTJT”表示“急?！?。 為液壓制動系統(tǒng)中的可調(diào)閘 KT 提供控制電源信號。 輔助系統(tǒng) PLC 控制 提升機輔助系統(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)。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。其中一個軸編碼器裝在提升機的驅(qū)動輪上，另一個軸編碼器裝在提升機的導(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 10 m左右 )和限速位置 (距齊平位 30 m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 PS30 CPU模塊 CPU31開關(guān)量輸入模塊 SM32開關(guān)量輸出模塊 SM32模擬量輸入模塊 SM33模擬量輸出模塊 SM33計數(shù)模塊 FM350 和通信模塊 CP340，如圖 4— 1 所示。目前 ,比較通用的方法是由 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。 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、帶式輸送機、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 風壓 )站和位置傳感器以及電控系統(tǒng)等。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?shù)谋Ｗo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。 PLC 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。 1．防忽然反 向 閉鎖 程序如下所示： 圖 3— 13 防忽然反向閉鎖 其中 , “ QJDSA”“ ZXTC” 分別表示“提 S勾” “ N勾停 車”；“ HJDSA”“ FXTC” 分中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 24 頁 別表示“提 N 勾”“ S 勾停車” 。 (9)速度調(diào)節(jié)器解鎖監(jiān)視。 (7)離站監(jiān)視。測速機輸出電壓的大小即代表了提升機的運行速度，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運行的實際速度，因此將測速機發(fā)出的模擬 電壓信號，再經(jīng)過相應(yīng)處理輸入計算機，就可經(jīng)軟件實現(xiàn)這兩者速度信號的相互比較和監(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。在等速段，實測速度若超出最大速度 Vm 的 15％，則給出等速段超速信號，并且進入電氣制動；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)速度保護包絡(luò)線相比較。 (2) 鋼絲繩滑動監(jiān)視。 故障保護在 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)。如圖 3— 12 所示。 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) , 主要對提升機運行狀態(tài)進行行程監(jiān)控。 安全繼電器 D803 輸出點接人提升機控制回路 , 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)?0mA, 液壓站的電磁閥動作 , 抱閘停車。 對于一些需要立即施閘停車的重事故信號，比如傳動回路故障、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。應(yīng)該在盡量堅持多樣化原則的基礎(chǔ)上 ,采用另外一套控制器來確保提升的安全。來自提升機各部分的保護信號分為立即施閘、井口施閘、電氣制動和報瞥類。如開車過程中安全門打開、調(diào)零電機故障等； ③緊急停車 ,即立即進行電氣和機械制動 ,停車后系統(tǒng)閉鎖。 礦井提升機后備保護器主要是對電動機、卷揚機和相關(guān)的機構(gòu)進行檢測，以達到監(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饋，利用 PLC 強大的邏輯控制、數(shù)據(jù)處理和通信能力實施控制處理、驅(qū)動外設(shè)，以達到控制目的；利用觸 摸屏或組態(tài)軟件與 PLC 進行組態(tài)，實現(xiàn)操作、顯示運行狀態(tài)和人機數(shù)據(jù)交互等功能。 保護系統(tǒng) PLC 控制 提升機操作保護系統(tǒng)主要是完成邏輯操作控制以及故障安全保護兩個方面的任務(wù)，來自提升系統(tǒng)各部分運行狀態(tài)、運行參數(shù)及操作信號、保護信號引入到操作保護系統(tǒng)中。 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