【導讀】決實際問題的能力；④工作量的大??；⑤取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑥寫作的規(guī)范程度；礦井提升機被稱為礦山的咽喉，是礦山最重要的電氣設(shè)備。提升機運行的安全性與可?？啃詫φ麄€生產(chǎn)系統(tǒng)至關(guān)重要。傳統(tǒng)礦井提升機調(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。使礦井提升機的性能得到極大的改善，其自動化水平、安全、可靠性都達到了新的高度，保證了提升機的安全運行。本論文闡述了礦井直流提升機的分類、組成和工作原理。對PLC系統(tǒng)進行了軟硬件配置，并設(shè)計了PLC軟件，實現(xiàn)了部分保?？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。

　　

【正文】 大導致可控硅元件損壞的情況發(fā)生。 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。一中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 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(fù)位、安全復(fù)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。 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。在現(xiàn)代操升機操作保護系統(tǒng)中得到了普遍使用。 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。 圖 3— 9 提升機操作保護系統(tǒng) 雙線制提升機安全保護回路 在礦井提升機中 ,安全回路是最為重要的。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。如潤滑壓異常、主電動機軸承過熱等； ②事故停車 ,即完成本次提升后中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 20 頁 閉鎖。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。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)成雙線制提升機安全保護回路。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。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 , 進行后備位置、速度保護。 提升系統(tǒng)的安全監(jiān)視與保護環(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基礎(chǔ)上 ,采用另外一套控制器來確保提升的安全。提升機由機械、液壓、電氣三部分構(gòu)成。系統(tǒng)復(fù)雜。為了保障提升機系統(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。當事故發(fā)生時，安全回路動作，液壓制動部分施閘停車，并且同時，故障點接 入操作保護 PLC，由軟件實現(xiàn)故障的監(jiān)視、閉鎖以及聲光報警；對于提升機的其他故障，比如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。 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。 當主電路電流過大 , 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)的輔中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 21 頁 助點接人繼電器 JD93線圈 , 當繼電器線圈失電 , 其常開觸點斷開 , 安全回路繼電器 D80D80 D808 失電。 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。 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。 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 , 停止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) , 主要對提升機運行狀態(tài)進行行程監(jiān)控。當提升機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運行的可靠性。 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。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。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 22 頁 圖 3— 12 PLC 安全 回路 圖中， I﹡ .﹡ 表示輸入到 PLC 的保護信號地址。 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。 KDl5 KDl6 KDl67 的接點與繼電器安全回路中的 D80 D80 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。 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)。 (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。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。 (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。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)。 (3) 超速監(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。若實際速度超出保護包絡(luò)線則發(fā)出報警信號，同時進入電氣制動。中國礦業(yè)大學 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。 (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)，并通過軟件比較兩套 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)出報管并進入電氣制動，最后停車檢查。 (5) 測速機 — 編碼器監(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。這種數(shù)字和模擬方式的互為監(jiān)視，無疑為提升機的安全運行提供了又一種后備保護。 (6) 方向監(jiān)視。當通過方向繼電器設(shè)置 — 個轉(zhuǎn)向時，提升機必須按此方向運行，若提升機按相反方向運行，則側(cè)速機的電壓極性相反，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)達到某一預(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，提升機不能運行 ，如果提升機由于某種原因而運轉(zhuǎn)起來，則測速機輸出電壓信號，使安全回路立即動作。 (9)速度調(diào)節(jié)器解鎖監(jiān)視。若速度調(diào)節(jié)器未解鎖，假使松閘，則應(yīng)使安全回路動作；若速度調(diào)節(jié)器解鎖，延時 s 后，閘仍沒松開，則必須重新封鎖調(diào)節(jié)器，以免堵轉(zhuǎn)。 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。下面舉例來說明其在 PLC 中的實現(xiàn)。 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 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” 。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。 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?！?。 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”，“ QJDSA”和“ HJDSA”在程序中串聯(lián)，當同時動作時，即既有提 S勾指令又有提 N勾指令時 ，進入停車方式，進行停車。 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。 為液壓制動系統(tǒng)中的各種電磁換向閥提供控制信號。 為液壓制動系統(tǒng)中的可調(diào)閘 KT 提供控制電源信號。 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 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 圖 3— 16 PLC 控制液壓制動系統(tǒng) 其它保護措施 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?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。降低故障時 PLC 的平均修復(fù)時間。 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)。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、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。 在主、副 井 提升系統(tǒng)中，信號系統(tǒng)用于井底、井口 、 提升機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。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 26 頁 4 礦井提升機 PLC 保護與控制系統(tǒng)實現(xiàn) 行程控制 PLC 系統(tǒng)設(shè)計 提升行程控制 PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計 提升機的行程控制 ,實質(zhì)上是位置控制 ,保證提升容器在預(yù)定地點準確停車。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。 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 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。 圖 4— 1 行程 PLC S7— 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)，帶有保護套的開關(guān)可供選擇 120