矿用提升机电控说明书.docx
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矿用提升机电控说明书
KTDC系列提升机交流电控设备
（低压660V、380V）
电
气
说
明
书
一、概述------------------------------------------------3
1.1用途及适用范围
1.2技术参数
1.3型号规格
1.4电控柜结构
1.5技术性能
1.6注意事项
1.7订货须知
二、提升机电控系统构成-------------------------------------4
三、PLC操作主控系统原理及应用-----------------------------6
3.1PLC硬件组成
3.2PLC软件结构及设计
3.3系统操作程序说明
四、监控系统原理及应用------------------------------------16
4.1简介
4.2监控系统配置与组成
4.3监控软件简介
4.4主要监控画面介绍
4.5监控系统的使用
五、线路动作说明-----------------------------------------24
5.1开车前的准备工作
5.2启动加速--等速运转--减速--停车
5.3.验绳方式
5.4.调绳方式
5.5非常状态开车
六、电气原理框图及电控柜外形尺寸----------------------------25
七、产品安装与包装标志------------------------------------26
八、现场安装、接线与调试------------------------------26
九、故障分析与排除------------------------------------27
十、产品的维护和保养-------------------------------------27
一、概述
1.1用途及适用范围
KTDC型提升机双PLC控制系统适用于各种类型的提升机和提升绞车。
适用于交流绕线式异步电动机传动的单绳缠绕式矿井提升机、JTP型矿用提升绞车和多绳摩擦式提升机等产品，也可以与新安装的各类提升机和提升绞车（以下简称提升机）配套，也适合于对提升机老电控的技术改造。
电控设备适用于以下使用场所：
1）、海拔高度不超过1000米,如超过这个海拔高度，元器件在功率、容量方面应按海拔高度的增加，适当降容使用，并考虑一些元器件的安全爬电距离等的安全参数。
2）、周围环境温度不高于40℃，不低于0℃；
3）、相对湿度不超过85％；
4）、没有导电尘埃及对金属和绝缘有破坏作用的气体；
5）、没有剧烈振动和颠簸；
6）、没有强磁场作用；
7）、不需防爆的场所；
8）、采取必要措施后能满足使用的场所；
9）、特殊场所的应用必须非标订货，在技术协议中必须注明。
1.2技术参数
1）、电机型式及调速方式：
电机容量：
单机1000kW及以下；双机2×1000kW及以下
电机电压等级：
高压6kV，10kV；低压380V，660V
调速方式：
绕线式电机转子串电阻调速
电机主回路：
电机定子回路使用元件为高（低）压真空式或空气式断路器及接触器、转子回路元件采用低压真空式或空气式接触器。
2）、适用范围：
主井提升、付井提升，单水平、多水平，单层罐笼、双层罐笼塔式、落地，地面、盲井（非防爆）、井下（非防爆）过坝提升、升船提升、凿井提升、交通罐提升等
1.3型号规格
KTDC型提升机控制系统适合于交流提升机使用。
KTDC系列交流提升机电控设备的型谱：
1.4电控柜结构
电控柜采用条架式、型材柜壳结构，高度为2200mm；宽度为1200mm、1040mm、700mm、三种；深度为1300mm、1300mm、800mm三种。
柜内配线采用线槽，板前走线。
柜体上部装有吊环，下部有安装固定孔。
大玻璃门、喷塑面板。
1.5技术性能
1.5.1控制功能
1）根据提升工艺控制要求及信号系统发出的信号指示，控制提升机的启动、运行、减速、停车等过程，运行平稳可靠。
2）实现提升机的半自动或手动运行，满足提升机控制工艺要求及各种安全联锁保护要求。
3）实现提升机的行程监视和位置闭环控制，具有完善的深度、速度显示及控制功能。
4）实现提升机主回路控制器件真空化、无触点化的要求，采用PLC控制，硬件配置简单，软件编程灵活，调试方便且维护量小。
系统动静态性能好，具有良好的闭环性能。
5）提高了矿井提升机运行的安全可靠性和控制技术水平，对降低设备故障率，提高生产效率，减轻操作人员的劳动强度发挥着重要作用。
1.5.2安全保护及联锁功能
安全回路闭锁了提升机的运行条件，只有当外部设备运行正常，具备开车条件后，才允许提升机运转；安全回路闭锁了提升机的全部重故障保护信号，故障一旦发生，提升机立即进行紧急制动；对于提升系统出现的轻故障，允许完成本次提升，待排除故障后，提升机方可继续运行。
1.5.3完善的综合后备保护功能
1）利用一路或双路光电编码器实现对提升机的运行速度及位置的数字化检测和控制，提高系统控制精度以及可靠性。
2）安全回路双回路，本系统有两路软件安全回路，一路硬件安全回路。
实现提升系统多重保护。
3）PLC出现故障无法用PLC开车的情况下，应能低速简易开车并具有必要的安全保护。
4）一路速度及深度检测有问题而另一路正常的情况下，应能用PLC进行限速开车。
5）自动发送位置信号，如减速、停车、过卷信号等，重要的点如减速、过卷等必须有两路以上共同起作用。
6）须有深度指示器失效保护、运行方向错误保护、松绳保护或钢绳滑动保护、减速检测保护。
1.5.4上位监控功能（工控机用户选配）
通过触摸屏或工控机与PLC之间的通讯实现监控目的。
上位监控具备提升信号种类显示、参数设定、提升机运行过程及事故过程显示及记录、数据存储及查询等功能，为提升机故障原因及动态过程分析提供了依据。
调试期间可在工控机的显示器上以梯形图形式显示PLC控制程序并监控各逻辑回路动作情况，调试及检修非常方便。
上位监控系统具有多种静态和动态画面。
1.6注意事项
1）运输及使用过程中严防水泡雨淋和重物撞击。
2）储存与使用场所严禁有害气体和湿度超标，防止电子元器件及有关设备受腐蚀损坏。
3）严禁在强磁场附近安放及使用。
4）不能自行改变使用电压等级。
5）运输、储存、使用场所应预先排除能使本设备损坏的隐患。
安装时应注意：
①、PLC输入、输出线不要与动力线装在同一穿线导管内或捆扎在一起。
②、为了增加抗噪声干扰，PLC输入/输出（I/O）接线长度一般不超过30米。
③、确认PLC输入/输出（I/O）接口的电源等级和极性以及公共端无误。
否则可能会造成PLC损坏。
1.7订货须知
1）订货时，需注明提升机型号、深度指示器型号，并提供提升主电机型号、规格、技术参数。
2）按型号含义注明电控设备型号，对配套设备如操作台、交流提升机的动力制动电源类型、真空换向柜，真空开关柜等重要设备的具体要求也应注明，最好能签订技术协议。
3）非标订货时，双方签订有关技术协议并作为合同的附件。
二、提升机系统构成
提升机系统包括主机系统、电控系统及辅助系统。
主机包含主电机、变速箱、滚筒等；辅助系统包含液压站、润滑站等。
电控系统可简单地划分为：
控制系统（主控系统、辅控系统）、主电源及调速控制系统（调速系统、供电及换向系统）、操作监控系统（操纵台、监控系统），提升机系统构成框图如图2.1所示。
主控系统主要是指完成提升机从加速、等速、减速、爬行到停车整个运行过程的开关量逻辑控制及其必要的保护并与其他子系统交换信号共同完成对提升机整机有效控制的系统。
辅控系统是指各路控制电源、控制回路的接口以及辅机系统的控制等部分。
对传统的继电器-接触器控制系统而言还包括可调闸速度闭环环节、动力制动速度调节环节（对交流提升机电控而言）、速度保护环节和测速环节等。
供电及换向系统是指根据控制系统的指令对提升机的主电机进行起动、换向的系统。
图2.1提升机系统构成框图
调速系统是指根据控制系统的指令投切电阻，最终对提升机的主拖动电动机进行加速、减速、稳速运行控制的系统。
监控系统是指对电控系统关键部件，包括提升信号系统工作情况、提升机运行过程中关键参数、参量的曲线、以及司机操作的正确性进行监控和显示，并进行必要的记录以备需要查阅之需的系统。
操纵台是电控系统的人机界面，担负着对提升机进行集中控制、监视、参量信号设定显示的重任，以及故障诊断及显示等。
三、PLC操作主控系统原理及应用
3.1PLC硬件组成
可编程控制器（PLC）是一种操作容易，集逻辑、数字和算术运算的工业电子产品，专为工业环境下的应用而设计。
它采用可编程序控制的存储器，存储过程数据并执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，通过数字式和模拟式的输入和输出来控制各机械和生产过程。
具有程序设计简单，通用性好，抗干扰能力强，可靠性高的技术特点。
可编程控制器PLC主要由电源、CPU、通讯单元、高速计数单元、模拟量I/O单元、数字量I/O单元等硬件组成。
3.2PLC软件结构及设计
提升机电控应满足如下控制要求：
1）有提升信号后才允许开车。
2）方向选择可以记忆，只有到停车位置后或手动解除后才能复位，避免由于某种原因停车后判断不了方向而发生误操作的情况。
3）根据来自深度指示器，井筒开关及软件等的位置信号实现自动减速和停车。
4）操作控制和闸控制具有良好配合关系。
5）对于多水平提升系统能够实现各水平提升的相互转换。
6）每一个提升循环，深度指示校准一次。
3.2.1PLC控制软件设计
主要包括：
1）模块初始化及I/O控制软件设计；
2）控制工艺软件设计；
3）安全保护软件设计；
4）上位通讯软件设计；
5）位置闭环控制软件设计；
6）网络化通讯软件的设计。
3.2.2软件结构
可编程序控制器使用的主要编程手段为：
语句表（STL）和梯形图（LAD）。
为了完成复杂的软件控制功能，我们采用程序结构化编程方式。
结构化编程是指把整个控制程序分成一个个独立部分，单独编程、组合处理的编程方式。
PLC执行程序时，反复进行输入处理、程序执行、数据运算及存储、输出处理的循环。
KTDC型提升机控制系统
3.3系统操作程序说明
当信号工发过开车信号后，PLC根据上次开车的状态自动确定本次开车的方向，完成方向选择。
司机根据选定的方向控制制动手柄、主令手柄的位置或手动按开车方向按钮，确定开车方向，提升机手动或自动敞闸、自动加速和等速运行。
当提升容器运行到减速点时，井筒开关、（机械式深度指示器）、从轴编码器来的位置信号同时发出减速信号。
提示司机减速，这三至四重减速点确保提升机可靠减速，增加了系统的安全性。
根据给定的速度图，提升机减速、爬行后准确停车。
3.3.1辅机起动
辅机起动程序主要用于控制润滑油泵的起动、液压油泵的起动、动力制动装置以及冷却风机等装置的启动等。
各辅机起动完毕后，作为开车准备的一个条件。
3.3.2开车准备
该程序判断正常开车的条件是否已经具备，其中包括：
操作电源是否闭合、辅机是否起动、主令手柄和制动手柄是否在零位、上次提升过程中有无影响本次开车的一次提升故障（如制动油温过高、润滑油温过高、润滑油压力过高或过低、闸盘偏摆、钢绳滑动等）、监控器调零是否完成，等等。
当上述条件均正常后发出开车准备就绪信号，该开车准备就绪信号作为信号回路接通的一个条件。
3.3.3安全回路
主要包括通过硬件和软件设置的有关提升机联锁保护的各种重故障点。
发生重故障时，具有对故障种类记忆功能。
排除故障后，用故障复位按钮复位。
安全保护由以下几部分组成：
1）、主令控制器手柄零位联锁
当主令手柄处于中间零位时，零位继电器闭合允许安全回路接通。
当安全回路断电后，主令手柄必须回到零位，安全回路才允许重新接通。
2）、工作闸制动手柄联锁限位开关
当工作闸手柄在全抱闸位置时，其限位开关的常开触点闭合，允许安全回路接通。
3）、测速断线保护
当主测速机损坏或断线时，PLC判断后实现安全保护功能。
4）、高压掉电保护
当高压开关柜合闸时QF1触点闭合。
当由于短路、过负荷、欠压、失压、司机人为紧急停车等原因而掉电时，断开安全回路。
5）、制动油压高保护
液压站制动油压超过要求时，电接点压力表上触点闭合，相应继电器得电后断开安全回路。
6）、错向保护
当提升机运行方向与预选方向不同时，PLC判断后实现安全保护。
7）、等速超速
当提升机运行速度超过最大速度的15％时，PLC判断后安全回路断开。
8）、PLC输出安全制动继电器
当PLC判断系统发生重故障时（PLC内安全回路断开时），相应继电器失电，安全回路断开。
9）、减速过速保护
减速过程中，若提升机运行超速，安全回路断开。
10）、过卷开关
过卷开关分别装在深度指示器和井架上。
当提升容器超出正常停车位0.5米时，相应的过卷开关动作，安全回路断开。
11）、过卷复位开关
当提升容器过卷后，若需继续开车，应根据容器的过卷方向选择过卷复位开关位置，安全回路方能重新接通，提升机只能向过卷的反方向开车。
待过卷故障解除后，将过卷复位开关重新扳回工作位置。
12）、断轴保护
当深度指示器出现断轴时,PLC检测后进行安全保护。
13）、闸间隙保护（即闸瓦磨损保护）
闸瓦磨损到一定程度时,开关动作，相应继电器得电,断开安全回路。
14）、松绳保护
松绳保护装置接入报警回路和/或安全回路。
用于竖井提升的提升绞车（提升机）在钢丝绳松弛时应能自动断电并报警,用于斜井提升的提升绞车（提升机）在钢丝绳松弛时应能自动报警。
15）、制动电源保护
提升机运行前必须启动电气制动电源装置,如果电气制动电源装置不启动或启动不正常,安全回路接通,投电气动力制动时安全回路会断开，提升机无法运行。
16）、调绳联锁
提升机需要调绳时，将工作/调绳开关打到调绳位置，游动滚筒可靠抱闸，且调绳离合器处于离开位置时，安全回路接通，可以进行调绳开车，否则安全回路断开。
3.3.4系统的保护及联锁
1）安全制动时首先切除电动机主回路电源，先进行必要的电气制动，工作闸继电器及制动油泵等控制回路断电，安全制动阀断电，同时结合二级制动阀的状态，实现提升机一级或二级制动。
2）提升机正反向高压换向接触器具有机械和电气联锁。
电气联锁是通过在正向接触器线圈回路中串接了反向接触器常闭触点或反向接触器线圈回路中串接正向接触器常闭触点来实现的，保证了当一个方向接触器通电时，另一个方向接触器不能得电。
同样，机械联锁装置也保证了两个换向接触器不能同时得电。
注意：
任何情况下只有当系统接收到开车信号后才允许司机开车。
3）当提升过程中发生润滑油压力过高、过低；润滑站滤油器堵塞或油温高；液压站滤油器堵塞或油温高等轻故障时，电控系统允许本次提升完毕。
当故障解除后才允许进行下次提升。
4）当提升机因故障中途停车而提升容器位于减速段内时，排除故障点后允许按上次选择方向开车，并且只能以低速开车；若提升容器不在减速段内且系统恢复正常时，井口发开车信号后，允许司机高速开车。
3.3.5方向选择
主要作用是确定本次开车预选方向。
提升方向的选择以主提升容器运行方向为准，主提升容器向下运行为正向，向上运行为反向。
就提升机控制工艺来讲，方向选择有以下两种形式：
1）、手动选向：
提升容器停在中间位置时司机可以人为手动选择方向。
2）、自动选向：
提升容器停在停车点位置时系统自动确定下次开车方向。
通过信号工的打点信号自动选择开车方向。
程序框图如图所示：
方向选择程序框图
3.3.6开车方向
提升机的起动和运行操作由开车方向决定。
在开车方向回路中包含如下联锁（以正向开车为例）：
1）、各辅机已启动正常
2）、安全回路吸合
3）、上次开车没有上过卷
4）、方向选择为正向
5）、信号工已打过信号，且系统同意接收开车信号
6）、其它各种联锁正常
7）、司机将主令手柄推向正向开车位置，制动手柄推出松闸
该程序块框图如下图所示：
开车方向程序框图
3.3.7可调闸控制
在正常工作状态下，可调闸控制用于保证司机根据需要随时调整工作制动油压以调整制动器的制动力，达到控制提升机速度的目的。
可调闸的控制主要由两部分组成：
一是可调闸逻辑控制，确定是否敞闸；二是可调闸油压值控制，确定敞闸的大小。
这里可调闸的控制和启动电机的控制有一个配合关系。
有两方面的含义：
一是轻负荷提升，为了避免启动时有较大的电流冲击，应考虑先敞闸后启动电机，或敞闸和启动电机同时进行；二是重负荷提升时，为了避免起车时的下坠现象，应考虑先启动电机后敞闸。
为了取得满意的效果，需要根据现场具体情况而定。
可调闸逻辑控制中主要包括了如下逻辑条件：
1）、安全回路信号。
保证只有当安全回路吸合后，闸才能松开。
2）、制动手柄松闸信号。
保证只有当司机将制动手柄推向松闸位置时，闸才能松开。
3）、开车信号联锁。
保证只有当信号系统发出开车信号且系统开车前准备工作完闭后，工作闸方可松开。
4）、给定方向联锁。
主要目的是为了保证到停车点时自动抱闸。
当上述条件都满足后，允许松闸逻辑结果为“1”。
而松闸的大小还要取决于闸给定的大小。
当松闸逻辑结果为“1”时，PLC读入可调闸给定信号，并把这个信号整理后通过模拟量输出口送出进行功率放大，以带动可调闸线圈控制工作油压大小；当松闸逻辑为“0”时，可调闸给定信号不起作用，直接对模拟量输出口赋零，使工作油压降为零。
当提升容器处于减速段时，可调闸限速控制自动投入以保证安全减速。
此时，松闸的大小除了要取决于闸给定外，还跟限速给定有关。
可调闸控制程序框图如下：
可调闸控制程序框图
3.3.8二级制动控制
二级制动是指当提升机发生事故进行紧急制动时，使制动油压很快降到预先调定的某一数值，经过延时后，制动器的油压迅速回到零，使提升系统处于全制动状态，即停车状态。
当提升容器接近井口（或井底）某一位置时，若发生安全事故，提升机只能实行一级制动，使制动器的油压迅速回到零，提升系统立即处于全制动状态。
解除二级制动是根据提升容器的位置而设定的。
二级制动解除距离可以通过调整井筒开关位置而定。
在我们配置的主机中若配置的液压站为414A液压站时，二级制动的控制与解除主要是控制液压站上的2个电磁阀就可以了。
程序框图如下：
二级制动程序框图
3.3.9位置闭环控制
根据提升机控制工艺要求，我们在PLC操作系统中应用了位置闭环控制技术，组成了一个完整的提升机过程控制网络，实现对矿井提升机的运行过程控制、安全联锁保护和上位机监视功能，提高提升机电控系统的系统化、自动化、智能化控制水平。
位置闭环控制主要是指提升机数字式深度控制。
提升机数字式深度控制的功能与机械式监控器类似，主要是指示提升容器在井筒中的实际位置，并根据容器位置发出相应的控制指令。
其优点是指示精度高、控制水平数多，调整方便，可靠性高。
数字式深度控制系统主要由如下各部分组成：
1）、位置检测传感元件－－光电编码器；
2）、高速计数模块（或PLC内部高速计数器）；
3）、位置计数校正元件－－井筒开关；
4）、运行状态及深度显示部件－－高精度彩色人机界面；
光电编码器
光电编码器与提升机减速箱相连。
卷筒旋转一周，光电编码器根据速比也旋转N周,产生固定数量的脉冲列。
共有4路脉冲信号：
A、A-、B、B-。
其中一组A,B脉冲信号作为提升机深度控制的输入信号。
对光电编码器输出脉冲计数可产生下列功能：
1）、通过旋转脉冲的累加值可确定提升容器在井筒中的行程。
2）、脉冲A,B之间相差90°电角度，通过判断其相位差的正负，可确定提升机滚筒的旋转方向。
3）、通过测量旋转计数脉冲的频率，可确定实际提升速度。
井筒效正开关
井筒校正开关用于对位置信号进行校正。
在两个提升容器上分别装上撞块，在井筒接近减速区域的位置上装上行程开关。
对于单水平提升的情况，正反向减速点相对于两个提升容器是在同一标高上的。
当容器1或容器2向上通过各自井筒行程开关时，发出深度指示同步信号，对脉冲计数值各进行一次校正即用预置数取代计数模块中原有的计数脉冲累加值，使减速段的计数值更加准确可靠。
运行状态及深度指示器
高精度彩色人机界面装在司机操作台上，显示提升机运行状态及容器所处的位置。
人机界面具有四象限深度指示功能，即：
井口停车点为±０，停车点以上为＋，表示过卷距离。
停车点以下为－，表示容器在井筒中的位置。
深度指示的分辨率为0.01米，最大指示为±1999.99米。
位置信号发送
通过软件编程，PLC将计数值同预置值进行比较，从而设置各种位置点，如减速点、二级制动解除点、2m/s限速点、各水平停车点等。
在提升机的运行过程中，PLC发出不同的位置信号，并根据提升工艺完成相应的操作控制。
控制程序
深度控制应用程序主要完成如下功能：
a、运行方向判别
b、计算提升速度
c、根据计数的结果发出位置信号
1）、方向判别
计数模块对位置脉冲的计数值代表了容器在井筒中的位置，不同时刻测得的脉冲差值即为位置变量△Ｓ。
判断单位时间内测得的脉冲差值的正、负号，就可以确定提升机实际运行方向。
2）、测速程序
在传统的提升机控制系统中，速度信号的获得都来源于测速发电机，为模拟量信号。
在PLC控制系统中为了增强系统的保护功能，我们通过计数模块计算提升机运行速度。
我们知道计数模块对位置脉冲的计数值代表了容器在井筒中的位置。
不同时刻测得的脉冲差值即为位置变量△Ｓ。
而△Ｓ与时刻的变量△Ｔ之比△Ｓ／△Ｔ（行程变量与时间变量之比）即为速度。
基于这一原理，我们将其演变为单位时间内走过的行程即为速度。
利用PLC具有的软件可设置中断功能，通过中断程序来测速。
程序框图如图所示：
该速度信号可以和测速机信号进行比较实现测速断线保护，也可以用作速度显示。
四、监控系统原理及应用（工控机用户选配）
4.1简介
随着电子计算机技术的发展以及PLC功能的增强和网络技术的发展，越来越多的需要得到提升机系统运行的实际参数、工作状态、运行故障显示等具体、直观的表现形式，因此出现了不同种类的人机交互设备。
如触摸屏、工业控制计算机、管理计算机等，集中管理系统运营数据，在工程上称为工程管理计算机站，简称上位机监控。
4.2监控系统配置与组成
提升机上位机监控系统，选用触摸屏或工控机与PLC进行网络通讯；利用组态监控软件，实现实时多画面监控，以达到监控设备运行状态的目的。
1）、在电控系统内配置通讯单元，用通讯电缆将其连接到工控机的通讯端口上。
2）、在司机操作室内配置工控机，工控机内装入监控软件。
4.3监控软件简介
4.3.1监控软件的运行环境
1）、IBMPC586以上的微型机及其兼容机、工控机。
2）、VGA、SVGA图形卡。
3）、内存大于64M字节，主机主频在400MHZ以上。
4）、具有高速缓存、数字协处理器（扩充时用）和图形协处理器（扩充时用）。
4.3.2监控软件的特点
1）、作图功能完善，图形逼真。
2）、具有数据报警、速率报警和偏差报警等多种报警设施。
3）、具有多种数据类型。
4）、具有实时曲线图、历史趋势曲线图和报警画面。
5）、组态方式灵活。
4.4主要监控画面介绍
监控系统形成后，可以根据需要，随时切换当前工作画面。
主要监控画面有：
开机画面、提升机实时运行状态的运行画面、参数修改画面、故障诊断画面、软硬件安全回路检测画面、简易说明画面等等。
1）、开机画面（如图4.1所示）
图4.1
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