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2015年10月 提升机电控系统教材培训 一 电控系统简介二 控制系统介绍三 常见故障及处理 目录 电控系统简介 调速系统 直流调速和交流调速一 直流调速主要由全数字调速装置和可控硅整流装置组成 两种配置 调速装置和可控硅装置全部采用进口部件 采用小型全数字调速装置 配置国产的可控硅功率单元 二 交流调速主要分交流切电阻调速和变频调速 控制系统 主要采用可编程控制器PLC完成 主要功能 执行操作程序 并实现各种故障保护及闭锁 监控系统 工业计算机作为上位机 配彩色液晶显示器 彩色打印机 并配置编程及监控软件 上位机起监控提升机系统运行 报警 实现多张彩色图表显示 并具有可以随时打印输出的功能 电控系统组成 电控系统简介 成套提升机电控设备主要由以下部件组成 1 高压开关柜2 电枢整流变压器3 励磁变压器4 全数字直流调速装置5 快速开关6 直流侧电抗器7 低压电源柜8 PLC主控柜9 操作台 三体式 五体式 10 上位机11 装卸载设备 信号设备 可选 12 散件 编码器 磁开关 测速机等 交流系统 主变压器变频传动装置 或 电控系统简介 直流电控成套典型配置示意图 电控系统简介 高压开关柜 GG 1A型 GG 1A KYGG等型号高压开关柜在一台高压开关柜内集合了双进线开关 真空断路器和微机综合保护 价格便宜 多用于6脉动直流提升机电控系统 低压交直交变频提升机电控系统 660V 高压交直交变频提升机电控系统 转子变频提升机电控系统 转子串电阻提升机电控系统 电控系统简介 高压开关柜 KYN28型 KYGC型 KYN28 KYGC等型号高压开关柜通常以一组形式出现 包括进线柜 馈出柜 PT保护柜 每一路进线配备一台进线柜 设有一台独立的PT保护柜 馈出根据需求可以模块化组合 并可以增加联络柜等其他配置 通常用于12脉动直流提升机电控系统 中压交直交变频提升机电控系统 交交变频提升机电控系统等 功能简介 具有 五防 功能 有防止真空接触器操作过电压消弧的措施 有防止冷凝的加热器 电控系统简介 干式整流变压器 环氧树脂整流变压器 功能 1 是供给整流系统适当的电压 2 是减小因整流系统造成的波形畸变对电网的污染 整流变压器 电控系统简介 全数字直流传动装置 DCS800直流调速装置 6RA80直流调速装置 比较常见的是6脉动和12脉动系统 对于12脉动 当一组晶闸管装置发生故障的情况下 可以切换成6脉动运行 电控系统简介 全数字直流传动装置 国产改装功率柜 改装方案 只用一台小装置 经过内部改装 引出脉冲触发线和检测线 带动国产功率柜 电控系统简介 全数字直流传动装置功能 主回路过压 过流保护 冷却风机故障保护 主回路接地 可控硅缺相保护 磁场欠流 过流保护 测速反馈故障保护 手动 半自动 全自动速度给定控制 启动过程防冲击的S化曲线控制 速度及电流双闭环控制 参数的显示和调整通过菜单指示设定 具有转矩 电流限幅功能 根据电流给定值 电机反电势 电流断续 连续等情况对电流调节回路进行预控制 从而改善系统动态性能 自优化电流调节器 速度调节器的参数 装置本身故障自诊断并有报警功能 电控系统简介 电抗器 平波电抗器 平波电抗器用于整流以后的直流回路中 整流电路的脉波有限 在输出的直流电压中总是有纹波 平波电抗器对这些波纹加以抑制 6脉动或串联12脉动直流系统中 必须配置平波电抗器 均衡电抗器 用于直流并联12脉动系统中 电抗器有两个 用于均衡两个直流回路的电流 这两个分支之间存在着互感作用 当两个分支电流不平衡时 由于互感的作用 电流小的分支电抗变小分支电流变大 电流大的分支电抗变大电流变小 这样就起到了均衡电流的作用 电控系统简介 直流快开 直流快开又称为直流快速开关或直流快速自动开关 它是一种操作和保护机构 能对直流额定电压600 1500V电路中直流电机 整流机组和直流馈线等进行分闸 合闸操作 并在短路 过载 逆流 反向 时起保护跳闸作用 电控系统简介 ABBACS800 电控系统简介 SIMENS6SE71变频柜 电控系统简介 中信重工CHIC系列变频器 CHIC1000系列产品 四象限 CHIC1000系列 矿井提升机专用CHIC1100系列 磨机防板结控制专用CHIC1200系列 下行皮带机专用CHIC1300系列 轧机专用 级联多电平变频器 电控系统简介 中信重工CHIC系列变频器 级联多电平变频器 CHIC2000系列产品 两象限 CHIC2000系列 磨机调速专用CHIC2100系列 风机泵类调速专用CHIC2200系列 上行皮带机专用CHIC2300系列 启动同步并网专用 CHIC3000系列产品 地面两电平变频器 CHIC3000系列 地面矿井提升机专用CHIC3100系列 电动轮自卸车驱动专用CHIC3200系列 挖掘机专用CHIC3300系列 地面风机泵类调速专用 中信重工CHIC系列变频器 电控系统简介 CHIC5000系列产品 井下防爆两电平变频器 CHIC5000系列 井下矿井提升机专用CHIC5100系列 井下风机泵类调速专用CHIC5200系列 井下皮带机专用CHIC5300系列 井下刮板机专用 中信重工CHIC系列变频器 电控系统简介 CHIC6000系列 三电平变频器 CHIC6000系列 矿井提升机专用CHIC6100系列 磨机防板结控制专用CHIC6200系列 磨机调速专用CHIC6300系列 风机泵类调速专用 中信重工CHIC系列变频器 电控系统简介 电控系统简介 中信重工CHIC1000高压变频柜 电控系统简介 中信重工CHIC1000高压变频柜 变压器柜 电抗器柜 功率柜 电控柜 我们公司生产的高压变频器 有6KV和10KV系列 电控系统简介 交流变频传动装置功能 主回路过压 过流保护 主回路接地 可控硅缺相保护 测速反馈故障保护 启动过程防冲击的S化曲线控制 参数的显示和调整通过菜单指示设定 具有转矩 电流限幅功能 自优化电流调节器 速度调节器的参数 装置本身故障自诊断并有报警功能 电控系统简介 低压电源柜 采用双回路进线 提供辅助设备液压站 润滑站 主电机风机等电源 并提供控制系统的UPS 不间断电源 在主电源故障情况下 能够使提升机实现可靠的安全制动 为计算机提供电源 保证计算机的运行和数据保持 低压电源柜 为液压站 润滑站 风机 PLC 传感器 照明 天车 信号系统等提供动力和控制的AC380V AC220V DC220V DC24V等电源 电控系统简介 计算机柜 采用双PLC控制 主PLC负责提升机全部控制功能和安全保护 从PLC为系统提供冗余的安全监视 两套PLC系统对运行数据进行交换对比 保证各自连接的传感器设备正常运行 保证各自的安全回路的可靠性 从而确保提升机的安全运行 PLC分三菱FX2N FX3U西门子S7 300 S7 400低中高三档可以按照用户指定PLC进行设计 例如AB 施耐德等 电控系统简介 五体式 操作台能实现提升机运行的各种控制操作工艺的要求 同时监视系统运行的各种数据 并进行必要的保护 采用网络终端方式 与主PLC采用远程通讯方式完成各种信号的传输 操作台 电控系统简介 控制部件 速度手柄 闸手柄 工作方式选择开关 控制按钮 辅助设备启动及停止按钮等 显示数据 数字深度速度指示器 提升速度 电枢电流 励磁电流 制动油压 可调闸电流 高压电源电压 电枢电压等 显示指示 运行状态指示 信号指示和安全状态指示两大类 在操作台的一侧放上位监控计算机及其显示设备 三体式 操作台 电控系统简介 上位监控 通常采用台湾原装研华工控机 液晶显示器 除调试时担负编程工作外 还装有监控软件 通过形象的画面显示和记录提升机运行状态和数据 也有部分提升机电控在操作台增加一台触摸屏 用于上位监控 电控系统简介 上位监控画面 电控系统简介 上位监控系统功能 提升系统动静态画面生成 如提升过程动态 显示速度动态曲线 电枢电流动态曲线 提升容器位置动态显示等 井筒开关动作情况记忆及显示 故障自检显示 报警 能显示故障发生位置 时间 原因等 对系统重要参数如速度 电流 电压及运行状态进行实时检测 对重要的参数 如速度图可存盘并保留至少一个班次 各类报表生成 班报 日报 月报 年报 历史记录 留有与全矿自动化网络联网的工业以太网RJ45接口 TCP IP上传协议 电控系统简介 散件 编码器 测速机 脉冲编码器 经过PLC系统的运算提供系统的速度和位置 并进行必要的速度保护和位置保护 模拟测速机用于检测系统运行的实际速度 做保护和传动速度反馈用 电控系统简介 散件 井筒磁开关 极限过卷开关 模拟量闸瓦检测开关 井筒磁开关主要有同步开关 减速开关 限速开关 停车开关 过卷开关等 用于反映提升机实际运行的位置 并提供位置同步校正 减速 定点限速 停车 防止过卷等保护作用 控制系统介绍 网络化PLC控制方案 控制工艺与功能 安全保护功能 提升机上位监控系统 提升机远程诊断系统 控制系统介绍 西门子PLC主要通讯方式MPI通讯MPI是多点通信接口 MultiPointInterface 的简称 通信速率为19 2kbit s 12Mbit s S7 300通常默认设置为187 5kbit s 每个CPU最多有32个连接 MPI提供的通讯服务PG通讯 用来在工程师站 PG PC 和SIMATIC通讯模块之间交换数据 用于提供程序的上传 下载和数据组态几测试诊断信息 OP通讯 用来在操作站 OP TP 和SIMATIC通讯模块之间交换数据 如操作台常用的触摸屏为操作站 S7通讯 为S7 300 400等提供的通许方式 可通过全局数据通讯 GD通讯 组态通讯 无需编程 也可以通过无组态连接 通过系统功能如SFC等实现 网络化PLC控制方案 控制系统介绍 PROFIBUS DP通讯PROFIBUS是目前最为流行的现场总线之一 传输率可达12Mbit s 开放式的现场总线 在提升机电控系统广泛应用 Porfibus支持主 从系统 纯主站系统 多主多从混合系统等几种传输方式 PROFIBUS DP采用RS 485双绞线或光缆 波特率从9 6kbit s l2Mbit s 总线上最多站点数为126 PROFIBUS DP设备类型 第一类DP主站 中央可编程控制器 如PLC PC等 第二类DP主站 可编程 可组态 可诊断的设备 如编程器 组态装置和诊断装置 上位机等 DP从站 DP系统中直接连接I O信号的外围设备 如分布式I O ET200 变频器等 网络化PLC控制方案 控制系统介绍 某矿井提升机电控主要有以下设备组成 计算机柜 低压电源柜 井口操作台 机房操作台等组成 传动系统有电枢A 电枢A和励磁等组成 信号系统有机房信号1 井口信号2及各中断信号组成 网络化PLC控制方案 控制系统介绍 二套S7 300PLC采用MPI通讯形成主从控制 主PLC的FROFIBUS DP网络模块化DP从站 井口操作台ET200M 机房操作台ET200M 二个ET200M与主PLC形成主从结构 智能DP从站 6RA70电枢A 6RA70电枢B和6RA70励磁 6RA70是西门子公司生产的全数字直流调速装置 且具有PFROIBUSDP卡 和主站PLC形成主从控制 从PLC的FROFIBUS DP网络模块化DP从站 信号系统ET200M 信号系统ET200M与主PLC形成主从结构 网络化PLC控制方案 控制系统介绍 控制工艺与功能 1 提升机运行的速度图介绍 2 提升机设备的控制 3 提升机信号系统 4 操作方式的介绍 5 液压制动控制与监视 6 调速系统的控制与监视 7 井筒开关的设置与监视 8 提升速度 位置计算与深度校正 控制系统介绍 控制工艺与功能 提升机是往复运行的设备 提升容器在一个提升循环内的运动规律 包括启动 加速 全速 加速 爬行 停车等阶段 提升速度控制通常按六阶段速度图或五阶段速度图设计 如图所示为主井箕斗提升六个阶段速度图 1 提升机运行的速度图介绍 控制工艺与功能 提升运行的各个阶段 1 初加速度阶段t0 提升循环开始 处于井底装载处的箕斗被提起 而处于井口卸载位置的箕斗则沿卸载曲轨下行 为了减少容器通过卸载曲轨时对井架的冲击 对初加速度a0及容器运行速度v0要加以限制 一般取V0 1 5m s 2 主加速阶段t1 当箕斗离开曲轨时 则应以较大的加速度a1运行 直至达到最大提升速度 减少加速阶段的运行时间 提高提升效率 3 等速阶段t2 箕斗在此阶段以最大提升速度vm运行 直至重箕斗将接近井口开始减速时为止 4 减速阶段t3 重箕斗将接近井口时 开始以减速度a3运行 实现减速 5 爬行阶段t4 重箕斗将要进入卸载曲轨时 为了减轻重箕斗对井架的冲击以及有利于准确停车 重箕斗应以v4低速爬行 6 停车休止阶段 当重箕斗运行至终点时 提升机施闸停车 处于井底的箕斗进行装载 处于井口的箕斗卸载 1 提升机运行的速度图介绍 控制工艺与功能 1 高压开关柜控制该装置有本地和远程控制二种控制方式 正常情况下用远控方式 命令来自操作台的高压跳闸按钮触点 经过PLC逻辑运算传输给高压开关柜 PLC系统监控高压开关进线柜 馈电柜的开合状态 以及高压系统的保护 报警等状态 注 当传动为高压变频系统时 高压柜合闸回路上串接有传动系统控制的 允许合闸 触点 分闸回路上并接有传动系统控制的 分闸 触点 2 直流快开的控制直流快开有本地和远程控制二种控制方式 正常情况下用远控 远控命令来自操作台的快开合闸和快开分闸按钮触点 经过PLC控制直流快开的分合线圈 PLC系统监视直流快开的电源 及直流快开的的开合状态 3 调速系统的控制调速系统的控制采用硬件线路或现场总线通讯的方式 调速系统的控制 启动 停止 使能 速度给定等 直流调速系统的监控 控制回路的供电 启动反馈 使能反馈 故障状态 以及调速系统的速度 电枢 或定子 电流电压 实际励磁 或转子 电流等过程量 2 提升设备的控制 控制工艺与功能 4 液压站的控制液压泵控制的条件 液压泵站的选择 安全回路确认 液压压力高以及液压站的启停命令 对液压系统的监控 液压泵的电源及运行状态 液压温度保护 滤油堵塞等轻故障保护 液压压力高重故障保护等 5 润滑站的控制对润滑站的监控 泵站的启停控制 泵站电源供电 泵站的运行状态 润滑站压力 温度等轻故障保护 6 冷却风机的控制对冷却风的监控 启停控制 电源供电及运行状态 如果直流调速装置启动 则冷却风机必须启动 7 允许开车回路电源的监视 励磁电源 传动电源 冷却风机电源 润滑站电源 液压站电源 快开电源 控制电源 电磁阀电源 PLC控制电源等 允许开车回路 安全回路确认 软件安全回路 全部电源合以及相关控制设备运行的确认 2 提升设备的控制 控制工艺与功能 允许开车 具备后 当有开车信号和提升方向时 提升机才具备开车条件 提升信号和提升方向来自于提升系统的信号控制系统 控制系统与信号系统的功能接口有 开车信号 快上 快下 慢上 慢下 停车等提升信号 提人 提物 大件等提升种类信号 以及急停重故障报警信号 1 提升控制系统的开车信号开车信号继电器运行条件 1 安全回路导通 2 主令手柄和制动手柄处于零位3 提升机非运行状态4 没有轻故障信号当提升机运行或检测到停车信号或安全回路导通故障时 开车信号自动取消 3 信号的选择 控制工艺与功能 2 提升运行方向的选择提升运行方向的选择条件 以提升正向为例 提升反向类似提升正向的置位条件 1 具备提升信号 2 主令手柄和制动手柄处于零位3 没有提升反向4 信号系统产生快上或慢上信号提升正向的复位条件 1 井口停车或井口过卷位置2 减速停车或信号停车命令3 信号为快下或慢下3 提升控制系统的减速功能自动减速对于提升机是必须具备的功能 只有根据给定的速度进行自动减速 才能确保提升机的安全可靠停车 3 信号的选择 控制工艺与功能 3 提升控制系统的减速功能自动减速对于提升机是必须具备的功能 只有根据给定的速度进行自动减速 才能确保提升机的安全可靠停车 提升正常运行时 减速命令后 提升机直流调速装置电气制动自动减速 减速功能的冗余设计 1 操作台的按钮停车和信号停车都具备减速功能2 编码器 PLC软件 减速点3 井筒中的减速开关动作 3 信号的选择 控制工艺与功能 提升机控制系统有以下操作方式 自动操作方式半自动操作方式手动操作方式检修操作方式下大件操作方式慢动操作方式液压实验方式局部故障开车方式 4 操作方式 控制工艺与功能 1 自动操作方式用于主井提升系统中 装卸载信号系统为自动方式 在自动运行逻辑正常时 接收到信号系统发出的开车信号后 PLC控制系统自动根据信号要求控制完成一个提升循环 此时主令手柄和制动手柄都不起作用 此种操作方式按照信号系统信号自动选择方向 提升机的起车 加速 全速 减速 爬行 停车等运行由程序控制自动运行 2 半自动操作方式在半自动运行逻辑正常时 接收到信号系统发出的开车信号后 司机按动开车按钮一次 PLC控制系统自动根据信号要求控制完成一个提升循环 此时主令手柄和制动手柄都不起作用 此种操作方式按照信号系统信号自动选择去向 提升机的爬行 加速 全速 减速 爬行 停车等运行由程序控制自动运行 3 手动操作方式司机可通过主令手柄控制提升速度在最高运行速度范围内连续可调 同时速度受到行程的限制 到达减速点会自动进入减速和到爬行段自动转入爬行 到达停车点自动停车 司机可通过制动手柄控制制动油压大小 4 操作方式 控制工艺与功能 4 检修运行方式操作方式与手动操作相同 但最高速度在PLC控制系统中设定为0 5m s 大小可调 司机通过主令手柄能够实现0 5m s速度内的连续可调 司机可通过制动手柄控制制动油压大小 5 慢动控制方式司机根据信号工的信号通过按钮或者操作手柄完成提升 下放慢动 需要信号系统提供慢上 慢下 停车信号速度0 2m s 6 局部故障开车方式当出现局部故障时 例如某编码器或主控测速机损坏等 可通过操作台转换开关 实现故障状态下的低速开车 速度可调 此时仍能够满足 煤矿安全规程 中所要求的安全保护 7 液压试验方式用于液压站和制动器调试 检测 试验 检修 在确保提升机不运行的状态 实现电动机不带电的情况下液压站工作打开制动器 方便液压站和制动器的调试 检测及维修 此方式使用时要求制动器一次开闸数量不超过总制动器数量的25 4 操作方式 控制工艺与功能 控制系统对液压控制 包括液压泵站的启停 工作闸控制 液压压力的给定 液压制动方式的控制等 以通用的二级制动液压站为例说明 1 工作闸控制及压力给定工作闸控制 即允许液压抱闸打开的条件 工作闸导通后 系统将根据压力给定大小调节液压站压力 工作闸控制 手动方式 导通条件 1 选择手动方式2 制动手柄和主令手柄都离开零位3 没有减速停车的命4 磁场建立5 安全回路确认6 具备选择提升方向 提升或选择下放7 转矩电流建立 允许开车 轻故障 具备工作闸控制自保点 可能在提升过程中消失 但不影响本次提升机的运行 5 液压制动控制与监视 控制工艺与功能 5 液压制动控制与监视 1 开闸条件梯形图示意 控制工艺与功能 2 液压站制动抱闸液压站制动有正常的工作制动和安全制动 安全制动有一级制动和二级制动 系统检测到安全故障时 液压泵停车工作 工作闸控制命令关闭 液压压力给定为0 电磁阀动作如下 二级制动时 G3 G4停止工作 电磁阀G5延时断电 电磁阀G6延时通电 延时时间为检测到安全故障后的延时的设置时间 即二级制动时间 决定提升机制动减速度 需根据实际情况设定 一级制动时 G3 G4停止工作 电磁阀G5断电 电磁阀G6通电 3 液压试验用于液压站和制动器调试 检测 试验 检修 在停车状态下 确保卷筒不会转动 选择液压试验方式 推动闸手柄即可调节液压压力 4 对液压系统的监视1 液压泵站的电源和运行状态2 实际液压压力3 液压压力高重故障 液压温度 堵塞等轻故障 5 液压制动控制与监视 控制工艺与功能 直流调速系统分别对直流电机的电枢部分和励磁部分进行调节 主控对直流调速系统的控制主要有 装置启停 装置使能和速度给定 装置启动后 直流电机的励磁电流建立 调速系统处于待运行状态 装置使能后 电机将根据给定的速度运行1 使能控制的导通条件 手动方式 1 选择手动方式2 制动手柄离开零位3 安全回路确认4 磁场建立 直流 5 不是液压试验方式6 没有减速停车的命令7 允许开车 信号继电器 具备工作闸控制自保点 可能在提升过程中消失 但不影响本次提升机的运行 8 具备选择提升方向 提升或选择下放9 具备选择提升方向后 操作主令手柄与提升方向一致 但受到过卷条件的限制 过卷时不允许同方向开车 6 调速系统的控制与监视 控制工艺与功能 6 调速系统的控制与监视 控制工艺与功能 手动开车方式时 允许使能由主令手柄的控制 操作手柄的方向与提升所选择的方向一致 则使能控制导通 提升速度将按手柄给定的速度运行 但减速 爬行等按速度控制给定 检修开车方式和手动开车方式相似 但最大速度为0 5m s自动或半自动开车方式 除了上述条件 使能控制由开车命令的控制 给定速度根据程序自动控制 使能控制和工作闸控制相互连锁控制 使能控制后 只有检测到转矩电流建立时 才允许工作闸给点 同时主令手柄和制动手柄也相互连锁控制 2 主控对直流调速系统的监控1 装置的启动确认 使能确认 重故障确认 轻故障确认等2 装置的控制电源及风机运行3 励磁电流的建立4 电枢电流 系统运行速度等 6 调速系统的控制与监视 控制工艺与功能 7 井筒开关的设置和监视 井筒开关安装在井筒中 可真实的反映提升容器在井筒的实际位置 是提升机同步校正 减速 停车 防止过卷的重要保护装置 PLC控制系统实时监视井筒开关的动作状况及故障情况 在提升机运行的整个过程中 同步校正到停车位置的行程控制是提升机控制的关键部分 井筒检测开关全部安装则该阶段对应的位置 井筒开关通常都安装在井筒的上部 控制工艺与功能 1 过卷开关按相关规定 过卷开关安装在井口A B罐笼停车水平以上0 5m处 过卷开关一对常闭点接入继电器线路安全回路 一对常开触点接入主控系统的软件安全回路 对于过卷开关 除了常规过卷开关外 至少还要设置机械防过卷开关 根据需要也可设置第三道极限过卷开关 2 停车开关停车开关安装在停车的水平位置 对于主井提升箕斗 卸载位置即停车位置 对于副井双层罐笼系统 每侧需设置上下二个停车开关 通常使用换层方式 停车开关触点进入主从PLC系统中 用于控制提升容器的准确停车 也用于主从PLC系统中作同步校正位置功能 3 定点开关定点开关用于安全回路中2m s速度的限速保护 安装时 按减速度计算2m s速度对应的距离 加上爬行距离 为定点开关设置的距离值 定点开关触点进入PLC系统中 用于监视提升设备的运行状态 4 减速开关减速开关反应井筒实际需要减速的位置 安装减速开关按减速度计算全速对应的距离 加上爬行距离 为减速开关的设置距离值 减速开关触点进入PLC系统中 起减速功能 5 同步开关同步开关用于PLC控制系统的编码器位置的校正 通常设置在减速开关下一定位置 7 井筒开关的设置和监视 控制工艺与功能 控制系统采用编码器的脉冲 通过PLC高速计数功能和逻辑运算 计算出提升机运行的实际位置 实际速度 并具有卷径计数和同步校正功能 1 脉冲计数提升设备中 卷筒侧安装有二个编码器 编码器和提升卷筒的转速有一定的比例关系 PLC控制系统具有脉冲计数模块 脉冲计数模块有以下功能 1 采集并计数编码器的脉冲 2 脉冲同步功能 该功能与提升机同步功能配合工作 提升系统需要同步时 同步点的脉冲数会修正计数器自身的计数脉冲值 消除偏差 3 倍频功能 可以是编码器的脉冲成倍增加 可选择1倍 2倍 4倍4 可输出脉冲的方向 从而提供提升机运行的方向 8 提升速度 位置计算及深度校正 控制工艺与功能 2 提升机运行位置的计算提升机实际位置的计算公式 其中 倍频系统 在PLC硬件配置中设置 速比系数 为编码器和卷筒的转速比 通常是1 1 卷径系数 实际卷筒直径数值 随着提升机的运行将如衬垫磨损不断变化 为一变化数值 通常正向停车位置为基准 深度值设为0米 初始脉冲数设置为0 比例系数为每米的脉冲数 8 提升速度 位置计算及深度校正 控制工艺与功能 3 提升机运行速度的计算高速计数可输出脉冲的变化率信号 利用CPU314C 2DP自带的时间中断功能块0B35 可计算出提升设备的运行速度 OB35为固定的扫描周期 默认为100ms速度计算公式如下 4 提升机卷径计算提升机的绳衬随着提升机运行不断的磨损 提升机的直径不断变化 卷经系数将影响提升机运行的位置和速度的关键因素 因此正确的计数卷筒的直径是系统正常 准确工作的基础 卷径计算的原理 对固定的提升系统 井口停车位和井底的停车位是固定的高度 选择卷径计算的条件下 记录井口到井底的脉冲数 两数值相减后 利用此脉冲值可计数卷径系数 8 提升速度 位置计算及深度校正 控制工艺与功能 5 提升机同步功能提升机控制系统同步设置点 1 井口停车点 脉冲数 02 井口同步点 脉冲数 井口同步点位置X比例系数3 井底同步点 脉冲数 井底同步点位置X比例系数同步运行的条件 以向上提升 井口同步点为例 1 提升方向为向上运行2 提升机为提升运行状态3 安全回路通4 同步后2S内不允许重复同步当检测到同步开关动作脉冲时 执行同步功能 同步时 把计数好的井口同步脉冲数值写入高速计数的脉冲实际数值中 修正计数偏差 8 提升速度 位置计算及深度校正 安全保护功能 电控系统的安全保护功能在提升机运行过程中起着至关重要的作用 主要通过安全回路和其他闭锁保护来实现的 安全回路闭合是提升机运行的必备条件 只有当安全回路中所有触点都正常闭合后 方允许开车 为了能够可靠地实现安全保护功能 安全回路一般采用双线制冗余结构设计 一条是硬件安全回路 另一条是主 从PLC软件安全回路 任何一处安全回路检测到故障 提升机均实现安全制动 根据故障信号的类型轻重级别不同 可以把电控系统安全保护功能归纳为三类情况 1 一类保护 需要电机停电 制动闸动作的 该类故障发生后 系统立即断开安全回路 制动闸实施安全制动 恒减速 二级制动或一级制动等 提升机不能再启动 直至故障被复位 2 二类保护 先电气减速 再抱闸停车的 故障发生后 系统将立即实施电气减速至低速后抱闸停车 之后 提升机将不能启动 直至故障被复位 例如信号停车 堵转停车 3 三类保护 完成本次提升后 不允许再次开车的 故障发生后 仍允许提升机继续完成本次提升 但在本周期完成之后 提升机将被闭锁 不能启动 直至故障被复位 这种类型故障一般称作轻故障 例如液压站油温高 打滑故障 磁开关轻故障等 安全保护功能 综合过卷保护提升机正常运行时 提升容器到达停车位置后 提升机自动抱闸停车 当提升容器运行到停车位置没有及时停止而继续运行时 为避免提升机继续运行造成更严重的事故时 提升机会进行过卷保护 提升机过卷保护动作后 安全回路断电 提升机进行安全制动 过卷保护共分为以下几种情况 A 正向 反向 第一过卷 第一过卷位置一般在井口停车位置以上0 5米 或井底停车位置以下0 5米 第一过卷共包括 磁开关过卷 主编码器第一过卷 从编码器过卷 B 正向 反向 第二过卷 第二过卷位置一般在井口停车位置以上的位置 或井底停车位置以下的位置 具体位置根据现场下长才的需要来设定 第二过卷共包括 机械碰撞开关过卷 机械式深度指示器开关过卷 主编码器第二过卷 过卷保护动作后的操作 提升容器正 或反 向过卷后 应将过卷复位开关打到上 或下 过卷复位位置 按下安全复位按钮 安全回路接通 司机操作提升机向相反方向运行至提升容器不过卷的位置后 将提升机停下 再将过卷复位开关打回零位 提升机恢复正常 1 与提升位置相关的保护 安全保护功能 井筒开关故障保护提升运行的实际深度 实际速度是提升系统十分关键的 要保证提升运行位置的准确性 必须确保井筒同步开关可靠动作 同样 井筒中的减速开关对提升系统也是十分关键的 因此 控制系统必须监视提升机同步开关 减速开关的工作情况 当开关动作出现错误时 应设置闭锁保护 监视井筒开关 以编码器位置信号为参考 井筒开关在设定的位置区间外动作或在设定位置区间内无动作均视为故障或报警 主提升容器上行时 正向井筒开关检测开关故障 反向井筒开关检测开关报警 轻故障 主提升容器下行时 正向井筒开关检测开关报警 反向井筒开关检测开关故障 井筒开关故障发生后 本次提升到位停车后断安全回路 检修开车方式屏蔽此故障 主从编码器位置保护保护原理 主编码器深度值与从编码器深度值相比较 超过一定设定值时 即实施安全制动 故障后只允许采用检修方式应急开车 1 与提升位置相关的保护 安全保护功能 速度采样的信号一般包括测速机速度 编码器速度 传动装置 简称DCR 反馈的速度 这三个速度信号分别独立作用于速度相关的保护 实现重要保护功能的冗余配置 等速超速速保护当提升速度超过最大速度15 时 等速过速 安全回路自动断电 制动闸实施紧急制动停车 防止过速保护采用多重化冗余设置 一般包含测速机全速超速保护 编码器全速超速保护和直流传动装置的速度反馈信号全速超速保护 测速比较故障防止过速保护是提升机运行的重要保护 为了确保速度采样值的准确性 需要对速度值实时监控 因此 引入了测速比较故障保护 保护原理 当提升机运行时 对测速机速度 编码器速度 直流传动装置反馈速度三个值实时地相互比较 正常情况下 三个速度采样值应该是相同的 如果三者之间的差值超过设定值 则系统实施安全制动 2 与提升速度相关的保护 安全保护功能 减速过速保护减速过速也称作包络线超速 提升机在减速阶段速度超过限定速度10 在高速段 或者超过减速曲线速度1m s 在低速段 时 保护功能动作 断开安全回路 提升机进行安全制动 减速段限定速度曲线 即包络线 计算式 限速给定值 m sa 减速段的减速度绝对值 m s2 加减速度值一般由设计院在进行系统设计时确定 依据 煤矿安全规程 规定 用于升降人员时 立井不得超过0 75m s2 斜井不得超过0 5m s2 用于提升物料时 不得超过1 2m s2 提升容器与目标停车位置的实时距离 m 爬行距离 m 爬行速度 m s 2 与提升速度相关的保护 安全保护功能 定点限速保护 煤矿安全规程 和 GB20181 2006矿井提升机和矿用提升绞车安全要求 规定 提升速度超过3m s的提升绞车必须装设限速装置 以保证提升容器 或平衡锤 到达终端定点限速位置时的速度不超过2m s 当提升机减速运行到接近井口 或者井底 的定点检测位置后 提升机的运行速度要降低到2m s以下 定点检测位置由PLC内部计算的编码器深度和井筒安装的定点检测磁开关共同起作用 当提升机经过定点检测位置后 运行速度仍然大于2m s 安全回路断开 提升机进行安全制动 钢丝绳打滑保护摩擦式提升机钢丝绳打滑超过规定值时 安全保护功能起作用 系统将立即实施电气制动停车 保护原理 安装在天轮轴的编码器或测速机测得速度信号与安装在主辊筒轴端的编码器进行实时比较 如果相差超过设定值 视为钢丝绳打滑 2 与提升速度相关的保护 安全保护功能 高压合闸联锁保护只有当高压开关柜合闸后 其合闸机构辅助触点闭合 才允许安全回路通电 当由于短路 过流 欠压 失压等保护作用而掉电时 能自动断开安全回路 实现安全保护 高压开关柜正确合闸共分为以下几种情况 A 高压开关柜仅为单台柜子 例如GZZ型 时 两个进线隔离开关必须有且仅有一个合上 高压断路器必须合闸 B 当高压开关柜为整套柜子 如KYN28A型两进一出一保护高压开关柜 传动系统为6脉动系统时 两台进线柜必须有且仅有一台合闸 馈电柜必须合闸 C 当高压开关柜为整套柜子时 例如KYN28A型两进两出一保护高压开关柜 传动系统为12脉动系统时 两台进线柜必须有且仅有一台合闸 馈电柜根据传动系统的工作状态进行合闸 当传动系统是12脉动运行时 两台馈电柜均必须合闸 当A 或B 桥6脉动运行时 A 或B 桥对应的馈电柜必须合闸 另外一台馈电柜必须断开 3 与传动系统相关的保护 安全保护功能 直流快开合闸联锁只有当直流快开装置合闸后 其辅助触点闭合 才允许安全回路通电 当直流电机的电枢回路由于过负荷 缺脉冲波头或短路发生过电流时直流快开跳闸 断开安全回路 快开正确合闸共分为以下几种情况 A 传动系统为6脉动和串联12脉动时 系统只有一台快开 正常工作时 快开必须合闸B 传动系统为并联12脉动时 系统包含两台快开 当12脉动运行时 两台快开均必须合闸 当A 或B 桥6脉动运行时 A 或B 桥对应快开必须合闸 另外一台快开必须断开 传动柜重故障保护当直流传动装置发生过流 过载 欠压 过压 超速 快熔熔断等重故障时 发出故障信号 自动断开安全回路 实现安全保护 堵转保护提升机启动后 电枢 或定子 电流持续超过设定值 而没有检测到速度反馈信号 这种情况持续时间超过程序设定时间 如3 5S 堵转保护起作用 系统断开安全回路 或电流超过设定值持续设定时间 如5S 但速度不低于设定值则报堵转减速停车 3 与传动系统相关的保护 安全保护功能 溜车保护当 传动使能 信号没有发出 系统却检测到一定的速度反馈值时 安全回路断开 系统实施紧急制动停车 防止溜车事故 失磁保护提升机启动后 如果励磁电流实际值小于设定值 系统断开安全回路 使能断线正常情况下 直流传动装置收到控制系统发出的开车使能信号后 应该立即开始运行并将运行信号反馈给控制系统 如果控制系统发出开车使能信号后或者正在运行时 超过设定时间仍收不到传动装置反馈的运行信号 则视为使能断线 系统自动断开安全回路 实施安全抱闸 3 与传动系统相关的保护 安全保护功能 松绳保护或尾绳扭结保护松绳保护装置设置于单绳缠绕式提升机 松绳保护装置可在钢丝绳松弛超过规定值时 发出音响信号或断开安全保护回路 实现安全制动 从而避免事故的发生 尾绳扭结保护装置设置于多绳摩擦式提升机 其作用是防止尾绳在高速运行中发生扭结事故 动作原理 当防扭结装置动作时 常闭点打开 同时 防扭结中间继电器失电 其串于安全回路中的常开点也随即打开 安全回路失电 制动闸实施安全制动 以避免扭结事故的扩大化 错向保护当提升机实际运行与给定方向不一致时 错向保护起作用 系统断开安全回路 提升机运行方向可以由编码器旋转方向或测速机速度反馈值确定 急停按钮保护司机操作台和信号控制台 箱 上装设有急停按钮 当发生紧急情况时 司机或信号工可以按下急停按钮 断开安全回路 实施紧急制动 4 其它保护 安全保护功能 制动油压高保护液压站制动油压超过最高压力限定值时 电接点压力表上限触点闭合 触发中间继电器动作 断开硬件安全回路 同时信号输入PLC端口 PLC程序判断后断开软件安全回路 液压站制动油压超过最高压力限定值时 液压站压力变送器反馈值到PLC 如果超过内部预设定值 PLC判定制动油压高 安全回路断开 提升机安全制动 工作闸故障液压站正常工作时 制动油压压力随着闸电流的变化而变化 当系统闸电流建立后 液压站压力却很小时 安全回路断开 提升机进行安全制动 当系统闸电流为零 液压站压力却很大时 安全回路断开 提升机进行安全制动 通讯故障主 从PLC通讯时间过长或者通讯失败 安全回路断开 提升机进行安全制动 速度给定手柄零位 制动闸手柄零位联锁和安全回路复位联锁只有当速度给定手柄处于中间零位 制动闸手柄在全抱闸位置时 才允许接通安全回路 当安全回路断电后 两手柄必须回到零位 排除故障后 按下故障复位按钮 才能重新接通安全回路 4 其它保护 安全保护功能 1 轻故障闭锁保护的实现当轻故障发后 不需要立即实施安全制动停车 如果这时提升机正在运行 系统允许本次提升完成 为了实现轻故障闭锁保护 一般采取的方式是将保护功能与开车信号进行闭锁 即当轻故障发生后 系统将无法收到开车信号 直至故障被复位 2 轻故障保护的设置 直流传动装置报警当直流传动装置输出报警信号 如检测到主电机过热 整流器冷却故障等 时 系统报轻故障 风机变频器故障主电机的冷却风机用变频器供电时 如果变频器因故障停机 系统按轻故障处理 润滑站报警包括润滑油压低 油温低 油温高 液位低 滤油器滤芯堵塞等 5 轻故障闭锁保护 安全保护功能 液压站报警包括液压站油温低 油温高 液位低 滤油器滤芯堵塞等 闸检测装置报警包括闸间隙过大 闸盘偏摆过大 闸盘温度过高 关于闸盘间隙的规定 依据 GB20181 2006矿井提升机和矿用提升绞车安全要求 规定 制动闸松闸时 闸瓦与制动轮或制动盘间的间隙应符合下列要求 平移式块式制动器不应大于2mm 且上下相等 角移式块式制动器不应大于2 5mm 盘形制动器不应大于2mm 整流变压器 主电机 轴承 天轮等超温报警在测温部位预埋Pt100测温元件 并将测得信号送入测温仪表 温度巡检仪 集中显示和报警 井筒开关报警井筒开关报警也可以归为轻故障类型 前文已对此进行表述 此处不再赘述 5 轻故障闭锁保护 安全保护功能 制动器 也称制动闸或安全闸 是矿井提升机的重要组件之一 直接关系着提升设备的安全运行 制动器按结构可分为带式 块式和盘式 现在矿井提升机用的制动器大部分是盘式制动器 盘式制动器的基本工作原理是依靠碟形弹簧的形变产生制动力矩 而靠油压实现松闸 由此可知 碟形弹簧的形变量和闸瓦与闸盘的间隙量盘式制动器两个重要的参数 使用过程中 闸皮距闸盘间隙量由于闸皮磨损会逐渐变大 从而影响制动效果 碟形弹簧也会因疲劳量增大而使制动力矩减小 因此 煤矿安全规程 规定 提升机必须装设闸间隙保护装置 当闸间隙超过规定值时 能自动报警或自动断电 传统的闸检测装置使用机械式限位开关 如 TS249型 TE032型 在实际应用中 装置故障率高 维护工作量大 保护容易误动作 影响生产 随着技术的进步 以及矿山生产安全性能要求的提高 各种高科技含量的新型闸检测装置被越来越多的用户使用 6 闸检测 安全保护功能 6 闸检测 智能检测系统 安全保护功能 新型闸检测装置普遍采用位移传感器测量闸间隙量 位移传感器测量精度高 性能可靠 且测量值易于量化处理 常用的位移传感器主要有电阻式 电感式和电容式 6 闸检测 上位监控及分析系统通过网线与检测装置相连 采集现场数据 画面可动态显示现场数据 间隙变化曲线 间隙油压关系曲线 报警及报警查询等功能 传感器安装于闸盘上 用于检测闸皮位移 闸盘偏摆 闸盘温度以及制动器油压 提升机上位监控系统 系统简介矿井提升机作为矿山生产的咽喉设备 其特定的工作环境决定了其控制设备工艺的复杂性 高安全性和可靠性 从而使电控设备的维护工作具有较高的难度 面对这一情况 越来越多的用户提出 希望能够有一种设备将提升机电控设备运行中能反映提升机运行状态及用户关注的过程参数直观的显示出来 以便实时监视提升机的运行状态和降低故障时的维护难度 上位机监控系统采集提升机运行中的深度 速度 电流 电压 运行次数 运行时间等参数 经分析和处理 生成系统静态配置图形 动态数据监视图形 报表系统图形 故障记录图形等 经交互式途径显示出来 能够快速直观快速的反应提升机状态 极大地方便了现场维护人员 提升机上位监控系统 中信重工提升机上位监控系统软件采用Siemens公司WinCC软件 基于简体中文版WINDOWS专家版环境下运行 主要对PLC进行控制算法和逻辑组态的软件 其功能包括 多窗口PID图 报警画面 趋势图 指导画面 控制画面 参数修改画面 故障诊断等各种监视画面 提升系统动静态画面生成 如提升过程动态 显示速度动态曲线 电枢电流动态曲线 提升容器位置动态显示等 PLC程序逻辑关系监视 井筒开关动作情况记忆及显示 故障自检显示 报警 能显示故障发生位置 时间 原因等 对系统重要参数如速度 电流 电压及运行状态进行实时检测 对重要的参数 如速度图可存盘并保留至少一个班次 各类报表生成打印 班报 日报 月报 年报 历史记录 提升机上位监控系统 主画面 提升机上位监控系统 主画面是对系统的整体概况描述 显示了提升机运行的状态和设备构成 主要具有以下功能 画面的最上方是标题栏 显示的是目前项目的名称和日期 组态了主系统的结构图 包含一个模拟的滚筒 一个模拟的电机 液压站 润滑站 传动系统 低压控制系统 组态了两个模拟的罐笼 或箕斗 上面的两个小滑块运动轨迹与实际的罐笼 或箕斗 一致 组态了井筒开关 当罐笼 箕斗 上到位或下到位时 开关动作 同时画面上的所对应开关的背景颜色也会改变 组态了信号系统提供的信号 信号系统发出相应的信号 画面上所对应的区域有文本显示 组态了I O域 用于显示系统运行的参数 如电枢电流 电机速度 主编码器深度 从编码器深度 电机温度 并将重要参数单独显著地显示出来 组态了提升机工况和辅助设备的状态 以帮助操作工正确开车 在画面左下角组态了用户登录功能 只有授权的用户才能获得相应的操作权限 保证上位监控的安全可靠运行 未获得授权的用户则只能观察主画面当页所显示的提升机基本状态 不能画面切换 主画面 提升机上位监控系统 画面实时监测了提升机控制中重要的保护环节 包括了安全回路故障和轻故障 通过表格形式 当故障发生时指示相应故障信号 并且通过点击 详细 按钮 能够获得该故障的详细分析 以帮助维护工程师迅速排除故障 安全回路 提升机上位监控系统 提升机运行过程中 有一些参数能够很大程度上反应系统的运行状态是否良好 并且在故障时能够极大的帮助查明故障原因 故而 在上位监控系统中 将这些参数用图表的形式实时记录 并且归档存储 通过一定的方法 不但能够观察当前数据状态 而且可以查询历史数据 尤其对一些偶然发生的故障 当不能一直监视时 参数记录将极大的节省人工人力 如 对于磁开关 当需要检修开关工作是否可靠时 由于判断可靠性不能只用一次的动作情况做依据 需要大量的实验获得数据来分析 这就要求人员持续在岗观察 费时费力 殊为不智 而当将磁开关信号记录时 这一切就变的相当简便 只需将历史记录调出查看即可 不必一直在电脑前观察 更不必去井筒观察 又比如当故障发生产生停车时 若值班工程师当时不在现场 故障时电机参数 提升机状态不能及时获得 参数记录画面 只需调出相应时间的记录即可查阅所有参数 便于排查故障 参数记录 提升机上位监控系统 参数记录 提升机上位监控系统 故障记录 故障记录画面则记录经PLC分析处理提升机运行状态而发出的警报 如 电机堵转 速度超速 等 具有强大的归档能力 提升机上位监控系统 报表功能 将WINCC与EXCEL表格数据共享 将提升勾数 运行时间等数据一方面在报表画面中显示 另一方面将数据直接存储在EXCEL表格 根据不同的日期 通过EXCEL的强大功能生成相应日报表 月报表 年报表 用户可以直接调阅相关文件 并且报表系统可以根据用户的需求进行定制 提升机远程诊断系统 1 远程诊断的发展随着互联网络的发展 已经能够实现通过互联网络快速对所现场运行设备进行监控和维护 不少矿山都地域偏僻 交通不便 管理人员 维护人员不能方便快速到达现场 交通成本也较高 采用远程监控和维护的方式 可以减少人员到现场的时间和费用 提高效率 当前较先进的多元化远程诊断技术能够采集PLC 电气传动装置及各种传感器等数据