【正文】 示。根據(jù)結(jié)構(gòu)化設計程序的原則，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。7. 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)設置。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。集中管理有關(guān) SIMATIC S7 的所有工具軟件和數(shù)據(jù)。(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，大部分是故障輸出接點，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、測速機故障、井簡開關(guān)故障、PLC 故障等。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PS30CPU 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。 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)。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“急停” 。(8) 停車監(jiān)視。如果程序檢測到編碼器故障信號，則發(fā)出報管并進入電氣制動，最后停車檢查。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)。KDl5KDl66 、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。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。系統(tǒng)復雜。安全回路應具有完善的故障監(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。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)線路復雜、故障點多、可靠性低、穩(wěn)定性差等的缺點。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)該算法預先計算出 、 、 ( 分別為與 相對應的行程)，也就是求出了實際減速點的位置。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。仍如上例，Vm＝10 m/s,a2＝ m/s 。經(jīng)計算，速度從 ，則 DB 段距離為：h ＝ （+）= mDB21)(21??tVBE 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)。（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。 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。（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。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，其速度也應做相應的變化。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)。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。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，然而設備投資和系統(tǒng)的復雜性也增加了。3)打印功能減速段保護—在減速段對提升機瞬時速度實行包絡線保護，近井口實現(xiàn)限速保護。速度顯示—動態(tài)顯示提升容器在整個過程中的瞬時速度。正力減速。當達到 時刻時，容5t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。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]。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。制動系統(tǒng)的功能就是使提升機卷筒剎車，停止提升機的運行，它的可靠性直接關(guān)系到提升機的安全運行 [33]。1)潤滑系統(tǒng)：在提升機運行過程中不間斷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。b、斜井提升設備，可采用斜井串車提升，即采用礦車作為提升容器。目前廣泛使用單繩纏繞式提升機和多繩摩擦提升機。2 礦井提升機概述礦井提升機是礦井生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，礦井提升的主要任務是將有用礦物或矸石從井下提到地面，將材料、設備和人員運往井下，或從井下運到地面。 國產(chǎn)的礦井提升機經(jīng)過廣大技術(shù)人員的努力，電氣傳動系統(tǒng)也已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但在技術(shù)水平上還落后于國外同類產(chǎn)品的水平。監(jiān)控站的顯示功能齊全，如：(l)主要數(shù)據(jù)顯示：顯示提升機的主要運行參數(shù)；(2)概貌顯示：顯示提升機的狀態(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：顯示提升機控制系統(tǒng)，保護系統(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)提升機保護功能試驗顯示：此顯示供進行提升機保護功能試驗時使用，在該項顯示上進行保護選擇，并顯示試驗結(jié)果。以單罐籠帶平衡錘提升機為例，這種提升機配備有顯示、監(jiān)控、安全保護等電路。采用 PLC 控制，硬件簡潔、軟件靈活性強、調(diào)試方便、維護量小，PLC 技術(shù)己經(jīng)廣泛應用于各種提升機保護控制中，配合一些提升機專用電子模塊組成的提升機保護控制設備，可供控制高壓帶動力制動或低頻制動，單、雙機拖動等。因此，開發(fā)一套簡單實用的提升機保護控制系統(tǒng)是非常必要的。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)生機械或電氣故障，就會嚴重地威脅礦井的安全，損壞設備，影響生產(chǎn)，甚至造成人身傷亡事故。論文對提升機電控系統(tǒng)的發(fā)展進行了展望。摘 要礦井提升機被稱為礦山的咽喉，是礦山最重要的電氣設備?？刂葡到y(tǒng)采用了雙線制保護策略，包括繼電器安全回路和 PLC 安全回路。因此，礦山提升設備應具有良好的機械特性、先進的控制設備和完善的保護裝置。使提升機運行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。它是采用計算機技術(shù)、按照事先編好并儲存在計算機內(nèi)部一段程序來完成設備的操作控制。瑞典的提升機速度保護功能齊全，系統(tǒng)可靠，能實現(xiàn)全自動開車。監(jiān)控站的主要作用是通過與控制處理站的總線聯(lián)絡通訊，將控制處理站采集到的控制系統(tǒng)設備的狀態(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定的操作量進行手動修改，以便進行設備的調(diào)整和試驗。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。論文最后還對提升機電控系統(tǒng)的發(fā)展進行了展望。自 1827 年德國制造出第一臺蒸汽提升機以來，礦井提升機大體分為兩種形式，一種為纏繞式提升機，另一種為摩擦式提升機。按井筒的角度可分為：a、立井提升設備，提升容器在井中做上下往復運動，具有位勢負載性質(zhì)。礦井提升機的系統(tǒng)并非只是上面所示的提升機部分，它還包括潤滑系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)、觀測與操縱系統(tǒng)、拖動控制和自動保護系統(tǒng)以及制動系統(tǒng)等。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部分。單繩纏繞式雙卷筒提升機具有兩個卷簡，每個卷筒上固定一根鋼絲繩，并應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完全相同。由于多繩提升系統(tǒng)具有突出的優(yōu)點，目前被廣泛采用。提升機的運行情況，如圖 2—4 所示：圖 2—4 提升機運行情況示意圖礦井提升機的運行特點有：（1） 具有周期性在 時刻，提升機啟動，容器 A 開始上提、容器 B 開始下放，到 時刻提升機由靜1t 2t止加速到最高運行速度 ，當運行到 時刻時，提升機開始減速，到 時刻速度降至m?3t 4爬行速度，爬行速度是為了使容器準確停在需要的位置而設置的。減速時，使電動機產(chǎn)生的力矩的方向與運動方向相反，此時電動機工作在制動狀態(tài)，保證系統(tǒng)按照要求的減速度進行減速。當提升容器超過正常終端位置的 米時，發(fā)出制動信號并有聲光信號提示。交流傳動的最大優(yōu)點是：技術(shù)比較簡單，設備及安裝費用低，占地面積小，運行維護容易。它的缺點是建設投資大，基礎費用高。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傳動系統(tǒng)已經(jīng)被普遍引進，全數(shù)字化的自動化提升機已經(jīng)成為當今礦井提升技術(shù)的發(fā)展方向。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。但這種電路設計復雜、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)已采用計算機軟件來實現(xiàn)速度給定信號的計算。一般爬行速度 Vp很小，在 —，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。2/aVm 2/aVm 當提升機以 ＝，可以計算出減速點至爬行點的距離為：1△ S = = m21Vpm?減速點至爬行點的時間為： = s212atpm?爬行距離：s 2＝△ S △S l＝ m爬行時間：t 4 – t2＝△S 2/Vp＝ s 頂速點至停車點運行時間：△t＝t 4－t 1＝ s 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備的生產(chǎn)效率。在 D 點時的實際速度為，而在給定速度圖中此點的速度 Vc= m/s，速度偏差也為 。對這種行程給定原則，我們做一簡單計算。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。其校正方案流程圖如圖3—8 所示。一方面，操作保護系統(tǒng)將與操作控制相關(guān)的信號進行邏輯運算及閉鎖，最后產(chǎn)生控制指令，比如高壓合閘、快開合閘、磁場合閘、運行指令、運行方向、過卷復位、安全復位、制動松閘等等；另外一方面，操作保護系統(tǒng)將與故障保護相關(guān)的信號進行邏輯運算和判斷，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。如兩終端超速、運行錯向等。提升機由機械、液壓、電氣三部分構(gòu)成。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, 停止運轉(zhuǎn), 液壓站實行二級制動抱閘停車。圖 3—12 PLC 安全回路圖中，I﹡.﹡表示輸入到 PLC 的保護信號地址。以往模擬控制系統(tǒng)中鋼絲繩打滑是靠導向輪上安裝的側(cè)速機信號和傳動控制器上的測速機信號進行相互監(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向輪上的軸編碼器脈沖值來實現(xiàn)相互監(jiān)視。在本系統(tǒng)中，主滾筒和導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，對應每一套編碼器分別計數(shù)，并通過軟件比較兩套 FM350 之間的計數(shù)值，形成互為監(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，速度應達到某一預定值，否則輸出故障信息并使安全回路立即動作。程序表明 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。降低故障時 PLC 的平均修復時間。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。輸入到該模塊的主要信號有：提升機運行方式選擇信號(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)、故障安全復位信號、過卷復位信號和安全回路信號等。STEP 7 軟件具有如下功能：1. SIMATIC 管理器。5. 信息功能。6. 系統(tǒng)功能塊(SFC)：它也集成到 CPU 操作系統(tǒng)。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。 提升機 PLC 操作保護系統(tǒng)設計 操作保護系統(tǒng)硬件配置選用西門子 PLC S7—300，由其構(gòu)成提升機 PLC 操作保護硬件系統(tǒng)。 (3) 功能塊(FC)。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。 (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，計算出提升機的運行