【正文】 施安全制動。③機(jī)械閘瓦磨損保護(hù)提升機(jī)機(jī)械閘裝有閘瓦磨損開關(guān)，當(dāng)閘瓦磨損超限時，會使機(jī)械閘制動力不足，如果不進(jìn)行保護(hù)很可能發(fā)生跑車事故。KA23為閘開關(guān)中繼，當(dāng)閘瓦磨損到一定程度或彈簧疲勞到一定程度時，觸頭KA233斷開，斷開安全回路，進(jìn)行安全制動。待更換新閘瓦后，方能開車。FWS為調(diào)閘皮轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)閘開關(guān)磨損或彈簧疲勞使AC掉電時，需要進(jìn)行調(diào)閘操作。重新接通AC回路。④過卷保護(hù)過卷是指提升容器在停車位置沒有停止運(yùn)行，超過了停車位置的現(xiàn)象。發(fā)生這種現(xiàn)象時，過卷開關(guān)動作，使安全回路斷開，提升機(jī)實(shí)現(xiàn)安全制動。過卷以后，如需繼續(xù)開車，司機(jī)必須根據(jù)過卷的方向，扭動過卷復(fù)位開關(guān)，安全回路才能重新接通。若司機(jī)將過卷復(fù)位開關(guān)位置扭錯，則不能開車，以保證開車方向與原開車方向相反。過卷故障解除后，司機(jī)應(yīng)將過卷復(fù)位開關(guān)重新復(fù)位后再開車。KAOKA0KA1KA14為過卷開關(guān)中繼。其中KAOKAO7用來外接深度指示器上的行程開關(guān)，KA13，KA14用來外接裝于井架或井筒中的防爆磁開關(guān)。當(dāng)提升容器超過正常裝卸位置過卷時，碰壓過卷開關(guān)或防爆磁開關(guān)動作，使AC斷電，實(shí)現(xiàn)安全制動。圖中的FW3為過卷復(fù)位開關(guān)的觸點(diǎn)，它的作用有兩個:一個是用以短路動作過卷中繼回路，使AC回路暫時接通，解除安全制動。再一個是使系統(tǒng)必須反向開車，以防止繼續(xù)過卷而擴(kuò)大事故。⑤制動油超壓保護(hù)當(dāng)液壓站制動油壓超壓時，會使機(jī)械閘制動力不足，嚴(yán)重時不能制動。KA29為制動油過壓中繼，當(dāng)制動油過壓時，其電接點(diǎn)壓力表上限開關(guān)閉合，KA29繼電器通電，其常閉點(diǎn)打開?？刂葡到y(tǒng)對制動油壓進(jìn)行兩路保護(hù)，繼電器KA29的一路KA29KA292送入PLC主備系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)，另一路KA293通過安全回路進(jìn)行硬保護(hù)，從而保證了更高的安全性。⑥SBI為急停開關(guān)，當(dāng)提升機(jī)工作不正常且PLC沒有做出判斷時，可由司機(jī)按下此按鈕使AC掉電，產(chǎn)生安全制動。KA47為后備保護(hù)動作中繼，當(dāng)后備保護(hù)動作后，該觸頭斷開。SAI為應(yīng)急開關(guān)，指系統(tǒng)中兩套PLC故障時，能夠脫開PLC的控制，外設(shè)一套硬繼電器回路實(shí)現(xiàn)應(yīng)急運(yùn)行，完成本次提升。⑦松繩保護(hù)提升機(jī)在運(yùn)行過程中如發(fā)生松繩現(xiàn)象，很容易發(fā)生斷繩事故，特別是斜井提升機(jī)常因提升機(jī)加(減)速度與自然加(減)速度不吻合時產(chǎn)生松繩。發(fā)生松繩現(xiàn)象時，調(diào)節(jié)5秒后，若沒有消除松繩現(xiàn)象，斷開安全回路，進(jìn)行安全制動。⑧KB0KB012為軟AC中繼。是兩個PLC輸出的故障中繼，當(dāng)提升機(jī)發(fā)生故障時，PLC根據(jù)故障類型分?jǐn)嘬汚C中繼，使AC斷電，實(shí)現(xiàn)安全制動。⑨調(diào)繩聯(lián)鎖保護(hù)提升機(jī)調(diào)繩時，需將調(diào)繩開關(guān)置調(diào)繩位，保證提升機(jī)在全抱閘狀態(tài)下進(jìn)行離合器的打開和合上。調(diào)繩閉鎖回路由安全回路中的KA5KA5KA3FWll、FWS所組成。此回路在調(diào)繩過程中起安全保護(hù)作用。雙卷筒提升機(jī)換水平調(diào)繩時，調(diào)繩轉(zhuǎn)換開關(guān)FWS打到調(diào)繩位置使調(diào)繩連鎖環(huán)節(jié)串入安全回路。正常運(yùn)行時，F(xiàn)WS打在正常位置，調(diào)繩連鎖不起作用。來自提升系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，操作信號和保護(hù)信號均引入到操作保護(hù)系統(tǒng)中，這些參數(shù)和信號與操作控制相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行邏輯運(yùn)算和閉鎖，最后產(chǎn)生控制指令。，另一方面，操作保護(hù)系統(tǒng)將與故障保護(hù)相關(guān)的信號進(jìn)行邏輯運(yùn)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，同時將這些參數(shù)和信號送監(jiān)視器顯示故障類型并控制聲光報警和施閘方式。提升機(jī)的保護(hù)主要由安全回路來實(shí)現(xiàn)，安全回路設(shè)計(jì)成雙線制。其故障處理方式有三種:①故障信號預(yù)報。如潤滑油壓異常、主電動機(jī)軸承過熱等。②事故停車，即完成本次提升后閉鎖。如開車過程中制動油過熱或潤滑油過熱等。③緊急停車，即立即進(jìn)行電氣和機(jī)械制動，停車后閉鎖。如等速段超速、減速段超速、運(yùn)行錯向等。 礦井提升機(jī)系統(tǒng)保護(hù)信號分類 軟件設(shè)計(jì)由于工藝比較復(fù)雜，本程序采用主子程序模塊化順序結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，程序中的內(nèi)存地址可分成：參數(shù)設(shè)定、上位機(jī)顯示、故障存儲、數(shù)據(jù)存儲、中間量這五部分，系統(tǒng)各種子程序均由主循環(huán)程序調(diào)用執(zhí)行，按事先輸入的控制程序?qū)崿F(xiàn)自動控制，系統(tǒng)編程靈活，修改程序方便，僅需修改子程序梯形圖程序就可改變控制功能，便于現(xiàn)場維護(hù)管理，使提升機(jī)運(yùn)行安全性和可靠性得到了大幅度提高。 總體結(jié)構(gòu)由于系統(tǒng)控制核心主要由PLC和上位機(jī)組成，因此，軟件包括PLC控制和上位組態(tài)軟件。PLC控制軟件的主要功能是對提升機(jī)的啟動、加速、減速、停車等過程控制，以及數(shù)據(jù)信號采集與處理。PLC軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，程序編制采用梯形圖。上位機(jī)軟件主要對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控，對運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和記憶。 PLC軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)提升機(jī)工藝和控制要求，將控制任務(wù)和過程分解為許多子過程和子任務(wù)，再對各個子過程和子任務(wù)進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)、功能說明，形成一個模塊化的程序結(jié)構(gòu)。操作系統(tǒng)主程序子程序調(diào)用子程序調(diào)用子程序調(diào)用 PLC軟件結(jié)構(gòu)圖，其中包括兩個主要的功能模塊：中斷子程序功能模塊和故障處理子程序功能模塊。主程序完成系統(tǒng)初始化、自檢、故障診斷、調(diào)速系統(tǒng)控制等工作。開始程序初始化自檢正常初始位置檢測完成故障處理封鎖輸出聲光報警進(jìn)入初始狀態(tài)結(jié)束安全回路動作報警回路動作安全回路動作安全回路動作開車停止過載過卷松繩超速YNNYNYYYNNNNNNYNNS型速度控制程序 PLC工作流程圖 中斷子程序功能當(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、變頻器故障監(jiān)控等。當(dāng)有故障出現(xiàn)時可轉(zhuǎn)到相應(yīng)的故障處理模塊進(jìn)行故障處理，并通過報警回路報警或安全回路實(shí)現(xiàn)抱閘停車保護(hù)。5. 軟件設(shè)計(jì)補(bǔ)充說明程序由一個主程序和十個子程序嵌套組成，分別介紹如下:1)設(shè)置與計(jì)算機(jī)的通訊格式以及下位機(jī)的站號在的通訊協(xié)議中介紹到系統(tǒng)使用的是計(jì)算機(jī)和下位機(jī)PLC使用串行通訊的計(jì)算機(jī)格式進(jìn)行通訊，在上位機(jī)中使用組態(tài)王作為上位機(jī)人機(jī)界面的組態(tài)軟件，所以相對應(yīng)的在PLC中要設(shè)置和組態(tài)系統(tǒng)中相匹配的通訊參數(shù)，比如波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位等。參數(shù)的設(shè)置位為DS120和D8121。D8120用來設(shè)置通訊格式，D8121設(shè)置站號。2)時鐘讀出校準(zhǔn)子程序時鐘校準(zhǔn)功能塊。實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC時鐘同步。3)控制子程序系統(tǒng)根據(jù)提升信號、工作手柄以及所選擇的工作方式，驅(qū)動變頻器實(shí)現(xiàn)提升下放操作，完成對絞車的啟動、加速、等速、減速、停止等運(yùn)行過程的轉(zhuǎn)矩和頻率控制。故障時，通過對液壓站電磁閥的控制，實(shí)施一二級安全制動。主要輸出驅(qū)動控制功能為:①主電機(jī)的變頻調(diào)速控制。②制動泵液壓泵的控制。③液壓站電磁閥的控制。④調(diào)繩調(diào)閘操作。⑤安全保護(hù)、安全制動。程序設(shè)置有半自動運(yùn)行(主井提升可實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行)、手動運(yùn)行、檢修運(yùn)行、應(yīng)急運(yùn)行等四種運(yùn)行方式。在正常情況下可采用半自動或手動運(yùn)行。檢修運(yùn)行時系統(tǒng)自動給定一個檢修速度()低速運(yùn)行。當(dāng)故障時，在系統(tǒng)保護(hù)停機(jī)后，故障被確認(rèn)但不能立即排除，此時可采用應(yīng)急運(yùn)行方式。4)上位機(jī)設(shè)定子程序 在這個子程序中需要設(shè)置上位顯示的數(shù)據(jù)位，以及其它的系數(shù)設(shè)置。上位機(jī)需要顯示提升機(jī)運(yùn)行過程中的一系列的數(shù)據(jù)達(dá)到實(shí)時監(jiān)控的目的。由于在運(yùn)行數(shù)據(jù)的處理過程中有一部分?jǐn)?shù)據(jù)需要提前設(shè)置，例如在深度和速度計(jì)算中所要用到的礦井深度、電機(jī)軸比例系數(shù)、輥筒軸比例系數(shù)。在模擬量的顯示中需要設(shè)置數(shù)顯表的量程。在保護(hù)程序中需要的各個軟開關(guān)點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)，如上下過卷點(diǎn)、上下減速點(diǎn)。在施閘過程中計(jì)算時間需要的閘空動時間和人的判斷時間等。6)速度檢測子程序 速度檢測采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器雙線輸入。利用高速計(jì)數(shù)模塊對編碼器信號計(jì)數(shù)，其中一路編碼器信號用于行程速度保護(hù)，一路用于顯示與監(jiān)測。兩套編碼器的數(shù)據(jù)在程序中不斷進(jìn)行比較，當(dāng)比較結(jié)果發(fā)生不一致時，程序會發(fā)出故障安全制動指令。開始記憶掉電前速度存儲計(jì)數(shù)值頻率*基數(shù)/時間=速度存儲開始速度檢測結(jié)束 速度子程序流程圖7)模擬量采集子程序 對外部模擬量(電壓、電流)信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，用于顯示和控制。主要有電機(jī)電流、電機(jī)電壓、制動油壓、制動油溫、潤滑油壓、潤滑油溫等。對所采集數(shù)據(jù)在程序內(nèi)部進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)故障時會發(fā)出故障處理指令。例如制動油過壓時，程序會發(fā)出故障安全制動指令，斷開安全回路。當(dāng)制動油超溫、潤滑油過壓/欠壓、潤滑油超溫時，程序會判斷為輕故障，可以完成本次提升，下次不能開車。，模擬量采集流程。開始采集通道數(shù)據(jù)線性轉(zhuǎn)換記錄結(jié)束計(jì)算出實(shí)際值范圍比較報警 模擬量子程序流程圖8)程序軟安全回路功能設(shè)置。在PLC軟安全回路中具有如下保護(hù)接點(diǎn):過卷保護(hù)、主電源失壓、制動油過壓、后備保護(hù)、變頻故障、操作臺急停信號、減速段超速、等速段超速、爬行段超速、松繩信號、深指失效、松閘保護(hù)、錯向保護(hù)、編碼器失效、PLC故障、溜車故障。以上任一故障發(fā)生均會斷開安全回路實(shí)現(xiàn)安全制動。9)保護(hù)設(shè)置子程序?qū)Ω鞣N保護(hù)點(diǎn)(減速點(diǎn)開關(guān)、過卷開關(guān)、終點(diǎn)開關(guān)、解除二級制動中繼接點(diǎn)等)除在外部設(shè)置硬接點(diǎn)外，在程序中也設(shè)置軟開關(guān)進(jìn)行雙重保護(hù)。在程序中設(shè)置的保護(hù)如下:①過卷保護(hù)，過卷保護(hù)動作，實(shí)現(xiàn)安全制動。②等速段超速、減速段超速、爬行段超速保護(hù)。程序中設(shè)置各種運(yùn)行方式下的速度保護(hù)包絡(luò)線，對各種情況的超速全程監(jiān)控，任何超速均會斷開安全回路，實(shí)現(xiàn)安全制動。③自動減速功能，當(dāng)提升容器到達(dá)減速位置時，系統(tǒng)發(fā)出警示鈴聲并開始減速。④深指失效保護(hù)，程序通過讀取深度指示器上編碼器的數(shù)值，與其它編碼器的數(shù)值進(jìn)行比較，當(dāng)判斷深指失效時，自動斷電并實(shí)現(xiàn)安全制動。⑤變頻故障保護(hù)，程序不斷監(jiān)測變頻器運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)變頻故障時，自動斷電并實(shí)現(xiàn)安全制動。⑥松繩保護(hù)，程序不斷監(jiān)測松繩開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)松繩故障時，斷開安全回路，實(shí)現(xiàn)安全制動。⑦溜車保護(hù)功能，當(dāng)提升機(jī)無運(yùn)行指令而有運(yùn)行速度時，系統(tǒng)自動斷開安全回路，實(shí)現(xiàn)安全制動。⑧潤滑油過壓/欠壓、潤滑油超溫、閘瓦磨損、制動油超溫保護(hù)功能。這類故障發(fā)生在運(yùn)行中，則允許本次提升完成，但不允許下次開車。開車前出現(xiàn)這類故障，則不允許再開車。⑨錯向保護(hù)功能，程序判斷提升信號方向與開車方向不一致時，不允許開車。 保護(hù)子程序流程圖10)故障處理子程序程序進(jìn)行故障處理時，分為以下幾種情況:①立即安全制動故障，這類故障發(fā)生時立即斷開安全回路，停止油泵運(yùn)行，停止變頻運(yùn)行，主要有:根據(jù)在井中和井口不同情況，結(jié)合電磁閥的工作狀態(tài)，實(shí)施一級或二級制動。主電源失壓、制動油過壓、后備保護(hù)、變頻故障、操作臺急停信號、減速段超速、等速段超速、爬行段超速、松繩信號、深指失效、誤松閘保護(hù)、過卷信號、錯向保護(hù)、測速反饋斷線(編碼器失效)、PLC故障、溜車故障等。②完成本次提升的故障，這類故障發(fā)生在運(yùn)行中，則允許本次提升完成，但不允許次開車。開車前出現(xiàn)這類故障，則不允許再開車。如潤滑油過壓/欠壓、潤滑油超溫、閘瓦磨損、制動油超溫。③工作制動失效時的故障處理，程序檢測工作閘制動失效時，安全制動立即投入，同時檢測制動油壓，若正常，則系統(tǒng)斷電實(shí)施安全制動。若不正常，系統(tǒng)則自動投入電氣制動，使提升機(jī)不會出現(xiàn)高速逼車現(xiàn)象，將車安全的停放至井底平臺。同時系統(tǒng)發(fā)出特殊報警，提醒操作人員人為安全制動(在制動油缸回油口加裝泄壓閥和回油箱油路)。 故障處理子程序流程圖系統(tǒng)內(nèi)部采用矢量控制思想，AC380V三相動力電源由隔爆接線腔R,S,T 3個接線柱接入隔爆主腔內(nèi)，大功率變頻（SB61G110KW）可以將工頻三相交流電經(jīng)過交—直變換之后經(jīng)過逆變器，利用設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行逆變，使得輸出為某一相應(yīng)設(shè)定頻率的交流電，經(jīng)變頻后輸出U,V,W來驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行。變頻器輸出頻率的變化，將導(dǎo)致電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速變化，二者之間的關(guān)系近似線性。這樣，就起到了調(diào)速的作用。在提升過程中，控制提升機(jī)運(yùn)行的主速度給定S形速度曲線由PLC編程產(chǎn)生，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，由模擬量輸出口輸出，以驅(qū)動變頻器工作；對變頻器輸出頻率的調(diào)整控制，也可根據(jù)現(xiàn)場的工況需要，由操作臺速度控制手柄以輔助給定的方式進(jìn)行控制。旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測主電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將此信號傳送給可編程控制器，PLC通過該信號可以累計(jì)計(jì)算提升機(jī)的行走距離。操作人員通過操作臺向PLC發(fā)送控制提升機(jī)運(yùn)行的控制命令?？刂票O(jiān)視系統(tǒng)通過與PLC的通信，將電動機(jī)的所有運(yùn)行參數(shù)和故障參數(shù)都顯示出來，并對礦車的位置及速度進(jìn)行時時監(jiān)控。為操作人員分析故障、判斷故障和處理提供依據(jù)。經(jīng)過分析比較，結(jié)合提升機(jī)調(diào)速系統(tǒng)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，最終選擇PLC與變頻器相結(jié)合的變頻調(diào)速方案，其變頻控制方式為：矢量變頻調(diào)速控制。此方案能夠很好解決傳統(tǒng)交流繞線式電機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的，無論轉(zhuǎn)速高低，其機(jī)械特性基本上與自然機(jī)械特性平行，能夠滿足提升機(jī)特殊工作環(huán)境的要求且有著明顯的節(jié)電效果；采用PLC對提升系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，使系統(tǒng)更加安全可靠。變頻調(diào)速系統(tǒng)將是提升機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展方向。在PLC與上位計(jì)算機(jī)之間采用RS485和RS232C標(biāo)準(zhǔn)通信接口進(jìn)行通信。計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和交換的方式主要有串行通信和并行通信兩種方式，其中串行通信指的是數(shù)據(jù)逐位傳輸?shù)姆绞?。由于串行通信方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。串行通信方式又可分為兩種:同步串行通信方式和異步串行通信方式。(1)同步串行通信方式:同步串行通信是以數(shù)據(jù)塊(字符塊)為信息單位傳送，每幀信息可以包含很多字符。同步通信要求通信雙方以相同的速率進(jìn)行，而且要準(zhǔn)證確協(xié)調(diào)，通常通過共享一個時鐘或定時脈沖源發(fā)送方和接收方準(zhǔn)確同步。這種通信方式的效率較高，但是對時鐘同步要求非常嚴(yán)格，成本較高。(2)異步串行通