变频提升机方案文档格式.docx

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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。

联锁和保护的基本项目符合JB4263-86、JB/T6754.2-93中的相关要求。

1.4.3完善的综合后备保护功能

a.利用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，提高系统的控制精度及可靠性。

b.安全回路双冗余，至少有一路软件安全回路，一路硬件安全回路。

c.PLC出现故障无法用PLC开车的情况下，能用PLC进行低速简易开车并具有必要的安全保护。

d.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。

e.自动发出位置信号，如减速、停车、定点、过卷信号等，重要的点如减速点、过卷等必须有两路以上共同起作用。

f.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。

g.包络线连续速度保护与定点速度保护，包络线连续速度保护必须有不同形式的两道保护。

h.速度、深度必须有完全独立的两路，并进行相互比较，比较时间间隔不大于1秒，速度、深度值不正确的情况下，应能采取必要的阻止事故扩散的措施。

i.PLC本身故障如“死机”应能可靠检测出来并采取相应的保护措施。

1.4.4上位机监控功能

通过PLC与上位机之间的通讯实现监控的目的。

上位机监控具备提升信号种类显示、综合后备保护、提升机运行过程及事故过程显示及记录、数据存储及查询功能，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。

上位机监控系统具有多种静态和动态显示画面。

1.4.5注意事项

a.运输及使用过程中严防水泡雨淋和重物撞击。

b.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到腐蚀破坏。

c.严禁在强磁场附近安放及使用。

d.不能自行改变使用电压等级。

e.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管内或一起捆扎。

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。

否则可能造成PLC损坏。

4．设备抗干扰标准符合GB13926—4。

5．控制柜通风风量不小于1200m3/h。

2、提升机电控系统的构成

提升机操作台

主控系统

上位机

监控系统

深度限位

测速机等

液压站

润滑站等

调速系统

供电系统

主电机

主机设备

提升机电控系统可以简单的划分为：

控制系统（主控系统、辅控系统）、调速控制系统（调速系统、供电系统）、监控系统（上位机、操作台），提升机电控系统构成如图2.1所示。

图2.1提升机电控系统构成

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。

辅控系统是指各路供电电源、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（低频）制动速度闭环环节（对交流提升机电控而言）、包络线速度保护环节和测速环节等。

调速系统是指根据控制系统的指令，作为执行机构最终对提升机的主拖动电动机进行起停、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，包括提升信号系统的工作情况、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。

操作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、参量信号显示的重任。

不管是交流还是直流电控系统，以上这几个子系统都不能少缺少，不过是具体的提升机配置不同而已。

最有技术含量即最重要的要数主控系统、调速系统、上位监控系统、操作台。

随着生产发展技术进步的需要，人们对电控系统的要求包括人机界面、人性化设计水平、智能化设计水平、结构型式等都提出了更高的要求，而这正是提升机网络化集散控制系统的长处所在，也是区别于其他系统的重要特点之一。

3、PLC操作主控系统的原理及应用

3.1PLC硬件组成及原理

可编程序控制器（PLC）是一种数字运算、操作的电子装置，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。

下面对PLC可编程控制器的几个单元进行简介。

3.1.1PLC系统的组成

主控PLC系统由电源、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，装在操作台内，PLC富裕点数不少于15%。

带有辅控PLC的电控系统，辅控PLC系统电源、CPU、通讯单元、高速计数单元、数字量I/O单元等硬件组成，装在操作台内，PLC富裕点数不少于15%。

3.1.2PLC各单元的基本特点

a.电源单元：

电源电压AC100V～240V。

为PLC提供总线电源及基本电源。

b.CPU单元：

CPU单元为PLC的核心，包括有存储器接口、编程接口等，是程序本身执行的载体。

其上插入的存储器模块用锂电池保持RAM的内容；

PLC可在其上设置为程序执行的“STOP”或“RUN”方式。

c.面板指示灯主要有：

---电源指示

---运行指示

---电池电压指示

---出错指示

---I/O单元及功能单元的工作状态指示

d.CPU的工作方式

d1.“STOP”方式

---不扫描程序

---禁止输出（信号状态为“0”）

---可对PLC编程或修改程序。

d1.“RUN”方式

---循环处理程序

---读进输入状态

---允许输出（信号状态为“1”）

---不允许程序写入

e.数字量输入单元

由现场过程来的数字量信号用DC24V电压等级输入。

每个输入均采用光电隔离。

输入信号状态变化时，PLC上有对应的灯光指示。

数字量I/O单元将这些开关量信号转化为PLC能够处理的数字量，作为控制条件参与程序的运行。

f.数字量输出单元

g.来自过程的信号送入PLC后，PLC进行运算和控制并将运算结果通过输出接点送给过程执行器。

输出状态变化时，PLC上有对应的灯光显示。

输出形式有三种：

继电器输出：

用于交、直流负载，有触点输出

可控硅输出：

用于交、直流负载，无触点输出

晶体管输出：

直流负载，无触点输出

h.模拟量输入单元

模拟量输入单元将现场过程来的模拟量信号（电压或电流信号）采集近来，转化为PLC能够处理的数字量，作为控制条件参与程序的运行。

i.模拟量输出单元

PLC将运算结果（数字量）通过模拟量输出单元转化为现场过程能够执行的模拟量信号（电压或电流信号）。

j.高速计数单元

选用高速计数单元对来自过程的脉冲信号进行计数和监控，指示提升容器的实际位置，发送位置信号，对提升机进行行程监视和位置闭环控制。

高速计数单元具有计数速度快（计数频率可达50KHz以上）和计数范围大（32位计数器）等优点。

它可完成高速计数器和PLC基本单元之间的双向信息传递，CPU可以接收来自计数单元的计数值，也可以控制计数器的计数方式。

在提升机主轴上安装和卷筒同步转动的光电编码器，将位置信号转换成两路相互交错90°

电角度的脉冲系列信号送入高速计数模块。

这两路脉冲信号可以防止运行过程中的误计数现象，提高了计数的精度和可靠性。

PLC根据计数单元的计数值可以确定一些位置点，如减速点、精针投入点、二级制动解除点、停车点、过卷保护点等。

这样，包括主机设备中的监控器发出的位置信号，井筒及井架开关发出的位置信号电控系统具有了对位置信号的三重保护功能。

3.2PLC控制软件设计

主要包括：

---模块初始化及I/O控制软件设计；

---控制工艺软件设计；

---安全保护软件设计；

---上位通讯软件设计；

---位置闭环控制软件设计；

---网络化通讯软件设计。

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、程序运算、输出处理的循环。

提升机网络化集散控制系统应用程序框图和设计、编程、调试过程框如图3.2.1、图3.2.2所示。

3.3系统操作程序说明

在半自动工作方式下，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主令手柄的位置或开车方向按钮，确定开车方向提升机自动敞闸、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（两路）同时发出减速信号。

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、回馈制动装置以及冷却风机等装置的起动等。

各辅机起动完毕后，作为开车准备的一个条件。

编程准备

初始化程序

辅机起动

开车准备

安全回路

结束

半自动操作方式程序

手动操作方式程序

运行状态监视程序

图3.2.1应用程序框图

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、润滑油油温过高、润滑油压力过高或过低、弹簧疲劳、闸盘偏摆、钢丝绳滑动等）、监控器调零是否完成等。

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。

开始

制定工程功能

设计硬件原理图

生产材料采购

设计应用程序框图

硬件组装

设计程序

装入应用程序

测试程序

现场调试

工程结束

图3.2.2设计、编程、调试步骤框图

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。

安全保护由以下几个部分组成：

a.主令控制器手柄零位联锁

当主令手柄处于中间位置时，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。

b.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。

c.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。

d.主回路掉电保护

当主回路合闸时FK触点闭合。

当由于短路、过负荷、失压、欠压、司机人为紧急停车等原因而掉电时，断开安全回路。

e.制动油压过高保护

液压站制动油压超过要求时，电接点压力表触点闭合，相应的继电器得电后断开安全回路。

f.错向保护

当提升机运行方向与预定方向不同时，PLC判断后实现安全保护。

g.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。

h.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。

i.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。

j.过卷开关

过卷开关分别安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。

k.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，将过卷开关复位开关重新扳回工作位置。

l.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。

m.弹簧疲劳，闸瓦磨损开关

弹簧疲劳到一定程度时，开关动作，相应的继电器得电，断开安全回路。

闸瓦磨损到一定程度时，开关动作，相应的继电器得电，断开安全回路。

n.松绳保护

当提升机发生松绳现象时，松绳开关动作，相应继电器动作，断开安全回路，提升机实现安全制动。

o.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，安全回路不会接通，提升机无法运行。

p.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

a.安全制动时首先切除电动机回路电源，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。

b.提升机正反向换向继电器具有电气联锁。

电气联锁是通过正向继电器线圈回路中串接了反向继电器常闭触点或反向继电器线圈回路中串接正向继电器常闭触点来实现的，保证了当一个方向继电器通电时，另一个方向继电器不能得电。

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。

c.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等故障时，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。

d.当提升机因故障中途停车而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的方向开车，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，井口发出开车信号后，允许司机高速开车。

e.停电时，由PLC保证提升机能实现二级制动并作好提升机的后备保护。

3.3.5方向选择

主要作用是确定本次开车的预选方向。

提升方向的选择是以主提升容器运行的方向为准，主提升容器向上运行为正向，向下为反向。

就提升机控制工艺来说，方向选择有以下两种形式：

a.手动选向：

提升容器停在中间位置时，司机人为手动选择方向。

b.自动选向：

提升容器停在停车位置时，系统自动确定下次开车方向。

程序框图如图3.3.1所示：

程序

自动选向控制

手动选向控制

结束

自动

停车点

Y

N

图3.3.1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）：

a.安全回路吸合

b.上次开车没有上过卷

c.方向选择为正向

d.信号工把信号发送到车房

e.各辅机已起动

f.司机将主令手柄推向正向开车位置

g.其它各种联锁正常

该程序块框图如图3.3.2所示：

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。

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提升机安全减速。

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，应考虑先起动电机后敞闸。

为了取得满意的效果，需要根据现场具体情况而定。

程序

安全回路正常

联锁正常

上次正向过卷？

信号

司机推主令

正向开车方向为“1”

图3.3.2开车方向程序框图

可调闸逻辑控制中主要包括了如下逻辑条件：

a.安全回路信号。

保证只有当安全回路吸合后，闸才能松开。

b.制动手柄松闸信号。

保证只有当司机将制动手柄推向松闸的位置时，闸才能松开。

c.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毕后，工作闸方可松开。

d.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见图3.3.3所示：

闸逻辑

闸赋零

读闸给定

数据处理

闸输出

图3.3.3可调闸控制程序框图

3.3.8二级制动控制

二级制动是指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定的。

二级制动解除距离可以通过调整井筒开关位置而定。

二级制动控制程序框图见图3.3.4所示：

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、控制水平多，调整方便，可靠性高。

AC正常

一级制动控制

解除二级制动

二级制动控制

图3.3.4二级制动控制程序框图

数字式深度控制系统主要由如下各部分组成：

a.位置检测传感元件----光电编码器；

b.高速计数模块（或PLC内部高速计数器）；

c.位置计数校正元件----井筒开关；

e.深度显示部件----数字式深度指示器；

3.3.9.1光电编码器

光电编码器与提升机主轴相连。

卷筒旋转一周，光电编码器也旋转一周，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：

a.通过旋转脉冲的累加值可确定提升容器在井筒中的行程。

b.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。

c.通过测量旋转计数脉冲的频率，可确定实际提升速度。

3.3.9.2井筒磁开关

井筒磁开关用与对位置信号进行教正。

在两个提升容器上分别装上磁铁，在井筒接近减速区域的位置上装上磁开关。

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向上通过各自井筒磁开关时，发出深度指示同步信号，对脉冲计数值各进行一次校正既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。

3.3.9.3数字式深度指示器

数字式深度指示器装在司机操作台上，由六位数字显示器组成，显示容器所处的位置。

数字式深度指示器具有四象限深度指示功能，即：

井口停车点为±

0，停车点为+，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，最大指示为±

999.99。

3.3.9.4位置信号发送

通过软件编程，PLC将记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、精针投入点、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。

3.3.9.5控制程序

a、运行方向判别

b、计算提升速度

c、根据计算的结果发出位置信号

c1、方向判别

记数模块对位置脉冲的记数值代表了容器在井筒位置，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。

c2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，我们通过记数模块计算提升机运行速度。

我们知道记数模块对位置脉冲的记数值代表了容器在井筒中的位置。

不同时刻测得的脉冲值即为位置变量△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。

利于PLC具有的软件可设置中断功能，通过中断程序来测速。

程序框图见图3.3.5所示：

设置单位时间

起动计数器

读计数值

计数值暂存

图3.3.5测速程序框图

该速度信号可以和测速机信号进行比较实现