NT型交流电控介绍.doc

第 1 页 共 24 页 1 1 概概述述 1 1 1 1 用用途途及及适适用用范范围围 NT 型提升机网络化集散控制系统适用于各种类型的提升机 JKD J NT 提升机网络化集散控制系统 适用于交流绕 线式异步电动机转子串电阻调速方式的单绳缠绕式矿井提升机和多绳摩擦式矿井提升机 JKD BP NT 提升机网络化集散 控制系统 适用于交流绕线式异步电动机定子变频调速的单绳缠绕式矿井提升机和多绳摩擦式矿井提升机 JKD SZ NT 提升机网络化集散控制系统 分别适用于直流电动机传动的单绳缠绕式矿井提升机和多绳摩擦式矿井提升机 可以与新安 装的提升机配套 也适合于对提升机老电控的技术改造 本资料按照交流传动编制 含交流电机转子串电阻调速 交流 电机定子变频调速两类电控系统 不包含直流电机传动的电控设备系统 交流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 1 2 2 技技术术参参数数 1 电机型式及调速方式 对交流电机 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 电机转子串电阻调速 电机定子变频 主回路 高压真空式或空气式 低压真空式或空气式 定子变频 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 1 3 3 型型号号规规格格 第 2 页 共 24 页 第 3 页 共 24 页 1 1 4 4 电电控控柜柜结结构构 电控柜采用型材柜壳结构 高度为 2200mm 宽度为 600mm 800mm 1000mm 1200mm 1400mm 等几种 深度一般为 800mm 1200mm 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 1 5 5 技技术术性性能能 1 1 5 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 设计更加合理 机电配合更加协调 整机可靠性高 6 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 1 5 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 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 1 5 5 3 完善的综合后备保护功能 1 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 提高系统控制精度以及可靠性 2 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 3 出现故障无法用 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 进行限速开车 5 自动发送位置信号 如减速 停车 定点 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 7 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 8 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 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 9 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 10 集散控制系统中相对独立的部件如数字化动力制动电源 数字化低频制动电源装置出现故障的情况下提升机能够 进行应急运行 1 1 5 5 4 上位监控功能 通过 PLC 与工控机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 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 1 6 6 注注意意事事项项 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 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 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 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 否否则则可可能能会会造造成成 P PL LC C 损损坏坏 第 4 页 共 24 页 2 2 提升机电控系统构成提升机电控系统构成 提升机电控系统可简单地划分为 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 操纵台 提升机电控系统构成如图 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 深度限位 供电系统 测速机等 司机操作台 主控系统 调速系统 主电机 辅控系统 上位机 液压站 主机设备 监控系统 润滑站等 图图 2 12 1 提升机电控系统构成提升机电控系统构成 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 操纵台 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 智能化水平 结构形式等都提出了更高的要求 而这正是 NT 型提升机 网络化集散控制系统的长处所在 也是其有别于其他系统的重要特点之一 3 3 P PL LC C 操操作作主主控控系系统统原原理理及及应应用用 3 3 1 1 P PL LC C 硬硬件件组组成成及及原原理理 可编程控制器 PLC 是一种数字运算 操作的电子系统 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 下面对可编程控制器的各主要单元进行简介 3 3 1 1 1 1 P PL LC C 系系统统组组成成 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 装在主 控柜内 带有辅控PLC 的电控系统 辅控PLC 系统由 电源 CPU 通讯单元 高速计数单元 基本 I O 单元等硬件组 成 装在操作台内 3 3 1 1 2 2 各各单单元元基基本本特特点点 第 5 页 共 24 页 1 电源单元 电源输入电压 100 240V AC 为 PLC 提供总线电源及基本电源 2 CPU 单元 CPU 单元为 PLC 的核心 包括有存储器接口 编程接口等 是程序执行的载体 其上插入的存储器模 块用锂电池保持 内容 PLC 可在其上设置为程序执行 STOP 或 RUN 方式 3 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 4 CPU 工作方式 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 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 5 数字量输入单元 由现场过程来的数字量信号用 24VDC 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 6 数字量输出单元 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 输出信号状态变化 时 PLC 上有对应的灯光指示 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 用于直流负载 无触点输出 7 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 采集进来 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 8 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 9 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 电角度的脉冲列信号送 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 10 通讯单元 PLC 通讯单元用于 PLC 多个 CPU 间的联网 多个 CPU 通过通讯单元构成各式各样的网络化系统 不仅可以使系统变得简 洁 增强抗干扰性能 也可大幅降低施工成本 并且便于系统的管理 3 3 1 1 3 3 P PL LC C 适适用用环环境境及及使使用用注注意意事事项项 第 6 页 共 24 页 1 环境温度 0 55 2 环境 湿度 35 89 不结露 除非采取了适当的特殊措施 PLC 绝对不能用于 可能受到高度致电离辐射影响的位置 有导电尘埃积累的地方 有腐蚀性蒸汽或气体的地方 3 3 2 2 P PL LC C 软软件件结结构构及及设设计计 提升机就其操作而言有多种操作方式 主要有半自动方式 手动方式等 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 深度指示校零一次 3 3 2 2 1 1 P PL LC C 控控制制软软件件设设计计 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 3 2 2 2 2 软软件件结结构构 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 3 3 3 3 系系统统操操作作程程序序说说明明 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 3 3 1 1 辅辅机机起起动动 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 低频制动 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 3 3 2 2 开开车车准准备备 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 弹簧疲劳 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 3 3 3 安安全全回回路路 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 第 7 页 共 24 页 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 FK 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 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 相应继电器 得电 断开安全回路 14 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 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 安全回路不会接通 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 3 3 4 4 系统的保护及联锁系统的保护及联锁 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 对转子切电阻方电控系统 对转子切电阻方电控系统 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 第 8 页 共 24 页 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 5 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 3 3 5 5 方方向向选选择择 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 主提升容器向上运行为正向 向 下运行为反向 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 3 3 3 3 6 6 开开车车方方向向 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 安全回路吸合 2 上次开车没有上过卷 3 方向选择为正向 4 信号工已打过信号 且系统同意接收开车信号 5 各辅机已启动 6 司机将主令手柄推向正向开车位置 7 其它各种联锁正常 3 3 3 3 7 7 可可调调闸闸控控制制 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 3 3 3 3 8 8 二二级级制制动动控控制制 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 3 3 3 3 9 9 位位置置闭闭环环控控制制 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 第 9 页 共 24 页 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 深度显示部件 数字式深度指示器 3 3 3 3 9 9 1 1 光光电电编编码码器器 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 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 3 3 3 3 9 9 2 2 井井筒筒磁磁开开关关 井筒磁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 3 3 3 3 9 9 3 3 数数字字式式深深度度指指示示器器 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 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 999 99 米 3 3 3 3 9 9 4 4 位位置置信信号号发发送送 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 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 3 3 9 9 5 5 控控制制程程序序 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 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 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 而 与时刻的变量 之比 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 第 10 页 共 24 页 4 4 监控系统原理及应用 监控系统原理及应用 4 14 1 简介简介 随着计算机技术发展以及 PLC 功能的增强和网络的发展 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界面管理计算机站 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 一般地 上位机与过程控制机 一台或多台 PLC 构成一个分布式计算机系统 如下图所示 上位监控计算机 通讯协议 物理协议与软件协议 数据总线 过程站 1 过程站 2 过程站 n 图图 4 14 1 上位机的一般构成 上位机的一般构成 PC 机在工程管理站中的作用决定了系统之间的联接方式 其连接方式主要有以下几种 1 点对点 point to point 两台设备之间直接连接 2 多点连接 multi point 是一组线的结构 多台设备分享同一通讯线路资源 采用主从方式通过 RS232C 或 RS422 连接 3 局部网络 Local Area Network 是一种专用的 并行存取 有限距离的高速通讯网络 4 全局网 Globle Area Network 是一种全局以太网 无主从方式 PC 机与 PLC 之间的连接接口物理协议主要有以下几种 1 RS232C 是美国电子工业协会 EIA 制定的一种串行物理接口标准 采用单端传输带公共地 最大传送距离 30 米 信号传输速率最高可达 20kb s 是 PLC 与 PC 计算机 之间普遍采用的点对点通讯方式 2 RS422 采用差动平衡传送 无公共地 在降低通讯传送速率的方式下 最大速率 9600b s 时最大传送距离 1200 米 在短距离通讯时 信号传输速率最高可达 10Mb s 全双工方式 最多可连接 10 个站 3 RS485 这是在 PLC 全数字直流装置中普遍采用的一种方式 采用差动平衡传送 无公共地 半双工通讯方式 最多可连接 32 个站 通讯距离与通讯速率同 RS422 PC 机与 PLC 之间的连接接口软件协议主要有以下几种 1 ASCII 码通讯协议 采用美国公布的计算机使用标准 ASCII 码表进行通讯的一种协议 这是 RS232C 口或点对点 通讯普遍采用的一种软件层协议 异步传输方式 2 主从通讯协议 Master Slave 用于多点系统中 只有一主站 其他均为从站 通过传送 ID Identy NO 来 确认与那个子站通讯 3 利用各 PLC 生产厂家提供的通讯协议 这种方式由于厂家众多 无法统一 且都发展各自的 PLC 兼容性差 4 24 2 监控系统配置与组成监控系统配置与组成 提升机上位机监控系统 选用工控机与 PLC 进行网络通讯 利用自行开发设计的监控软件 实现实时多画面监控 以 达到监控目的 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 34 3 监控软件简介监控软件简介 4 3 14 3 1 监控软件的运行环境监控软件的运行环境 第 11 页 共 24 页 1 IBM PC 586 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 24 3 2 监控软件的特点监控软件的特点 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 5 5 线路动作说明 线路动作说明 提升系统的运行可以分为起动 加速 等速 减速 爬行 施闸停车等几个阶段 一般有以下几种基本运行方式 1 启动加速 等速运行 减速 停车 2 验绳 换层 3 检修 5 15 1 开车前的准备工作开车前的准备工作 合上高压电源柜的隔离开关 操纵台上电压表指示线路电压 合上高压真空断路器 合主令控制柜内的刀开关 送各路电源 启动稳压电源 UPS 将主令控制器手柄置于零位 工作闸手柄置于全抱闸位置 过卷复位转换开关置于工作位置 旋转闭合操纵台上钥匙开关 送上控制电源 此时若安全回路无故障 安全继电器吸合 操纵台上安全信号灯亮 安全电磁阀通电 至此 开车前准备工作完毕 5 25 2 启动加速启动加速 等速运转等速运转 减速减速 停车停车 司机做好开车前准备工作 等待开车信号 司机做好开车前准备工作 等待开车信号 开车信号开车信号 井口信号工发出开车信号后 司机启动润滑油泵和液压油泵 待润滑油压力超过电接点压力表上最低设定油压值后 若不存在其它轻故障则允许开车信号灯亮 若还存在润滑站滤油器堵或油温高 液压站滤油器堵或油温过高等轻故障 则 允许开车信号灯不亮 待维修人员排除故障后 司机按故障复位按扭复位 PLC 所记忆的故障 再次启动润滑泵和液压泵 待信号系统发出开车信号后允许开车信号灯亮允许司机开车 注意 手柄不在零位电控系统接收不到开车信号 注意 手柄不在零位电控系统接收不到开车信号 选向选向 a 由停车开关自动选向 b 容器位于井中时由司机手动选向 c 方向一旦选定具有记忆功能 启动加速启动加速 当司机按正确方向将主令控制器从中间位置向前推或向后拉时 主令控制器相应触点闭合 同时将工作闸手柄推向松 闸位置 限位开关常闭点闭合 工作闸继电器吸合 工作闸自整角机得电 可调闸线圈 KT1 或 KT2 得电 随着工作闸手柄 不断前推 可调闸线圈的电流逐渐增大 开闸油压随之增高 提升机逐渐松闸 同时高压电源接入电动机定子绕组 提升 机开始启动 每级电阻切除必须具备两个条件 a 每级切换时间到 b 主回路电流没有超出限定范围 防止过早切除下一级转子电 阻而产生过大的冲击电流 对电控系统 主机和钢丝绳造成危害 随着转子电阻的逐级切除 提升机自动加速到全速 此外司机还可逐级扳动主令手柄 人为延长转子外接电阻的切换 来实现提升机的手动加速过程或配合闸实现低速运行 当提升负荷极轻或电机处于负力状态时 提升机将会迅速加速至接近同步转速 此时系统将自动切除全部转子电阻 进入全速运行 以防负力时发生超速现象 等速运行阶段控制线路无变化 等速运行阶段控制线路无变化 减速减速 提升机运行至减速点时 减速开关动作 操纵台上减速指示灯亮 在减速段有两种方式选择 第 12 页 共 24 页 a 不切除主电机定子的高压电源 转子回路接入一部分电阻 此时 司机可根据负载和提升机减速情况操纵主令手柄 逐级增加转子回路中所接电阻 同时施闸使提升机运行速度逐渐下降 此种方式适用于重物上提 正力 工况 b 断开高压电源 转子接入全部电阻 经过消弧延时后电气制动自动投入并切除第一级电阻 随着速度的降低 转子 电阻逐级切除 进入爬行 施闸停车施闸停车 当提升容器到达停车位置时 井架上的停车开关动作 司机将主令手柄拉至零位 将工作闸手柄拉至全抱闸位置施闸 停车 为提升机自动换向做好准备 当信号工再次发出开车信号后 电控系统根据信号自动判断开车方向 5 3 5 3 验绳方式验绳方式 可将操作台上的开关选择验绳方式 控制闸实现低速开车验绳 5 4 5 4 调绳方式调绳方式 1 锁上卷筒地锁 将操作台转换开关打到调绳位置 安全回路断电 安全电磁阀 G3 G4 断电 提升机处于安全制动 状态 操作台上离合器合指示灯亮 断开 调绳连锁 2 合操作台主令开关 使调绳电磁阀 G2 通电 操纵制动手把使油压上升 打开调绳离合器 当离合器开始脱开时 操作 台上离合器开指示灯也亮 当离合器完全打开后 离合器合指示灯灭 离合器开指示灯亮 此时 迅速将制动手柄拉回零 位 断开操作台此主令开关 调绳电磁阀 G2 断电 3 打开地锁 合 调绳连锁 安全回路通电后 安全电磁阀 G3 通电 手动开车 到固定滚筒上的提升容器到达所需 位置 抱闸停车 4 断开 调绳连锁 切断安全回路 滚筒处于全抱闸状态 5 锁上卷筒地锁 将操作台另一主令开关合上 使调绳电磁阀 G1 通电 合调绳离合器 制动手把处于松闸位置 操 纵制动手把使油压值达到 30 35kg cm2使游动滚筒与主轴接合 当离合器完全合上后 离合器合 灯亮 离合器分 灯灭 此时 迅速将制动手柄拉回零位 断开操作台此主令开关 调绳电磁阀 G1 断电 6 制动手把处于紧闸位置 恢复转换开关至正常工作位置 7 安全回路中的调绳联锁开关是利用安装在游动滚筒上的闸瓦磨损开关作为调绳时抱闸保护用 注意 本项说明中注意 本项说明中 G1 G4G1 G4 阀只是将相应液压站中电磁阀以顺序列出 除功能外 不一定与具体液压站中电磁阀标号对阀只是将相应液压站中电磁阀以顺序列出 除功能外 不一定与具体液压站中电磁阀标号对 应 应 5 55 5 非常状态开车非常状态开车 亦称亦称 故障开车故障开车 当 PLC 出现故障时 可以简易开车到停车点 注意 此方式为应急方式 不允许多次使用 注意 此方式为应急方式 不允许多次使用 开车方式为 1 主控柜内的钥匙开关打至故障开车方式 此时 PLC 电源被自动断开 安全回路被接通 注 主令手把和闸手把必须处 于零位 2 润滑站和液压站自动启动 3 推开闸手把可以开闸 推动主令手把 可接通主电机定子回路 并可手动控制依次切除第一和第二级电阻 开动提升 机 全手动操作直至抱闸停车 注意 此时提升系统处于简易开车状态 司机和信号工须提高警惕 注意 此时提升系统处于简易开车状态 司机和信号工须提高警惕 第 13 页 共 24 页 附录一 部分设备说明附录一 部分设备说明 高压真空换向柜高压真空换向柜 一 概述 1 用途及适用范围 ZHXD P 高压真空换向柜适用于交流额定工作电压 10KV 或 6KV 工作电流至 630A 的电力系统中 由正 反 向高压真空换向器供远距离可逆操作电动机 并可配置提供制动电源的制动接触器 完成对电机的制动作用 适用于频繁 操作的提升机主电机的起动 反转 制动控制 为此 ZHXD P 高压真空换向柜视为矿井提升机交流电控的专用配套 标准设备 2 型号的组成及代表意义 Z H X D P 额定电压 10 10KV 6 6KV 额定电流 250 250A 400 400A 630 630A D 动力制动 P 低频制动 空格 不带制动装置 换向 真空 3 使用环境及条件 环境温度 周围空气温度上限值不超过 40 且在 24 小时的平均值不超过 35 周围空气温度下限值不低 于 5 海拔高度 安装地点的海拔高度不超过 2000 相对湿度 日平均不大于 95 月平均不大于 90 无火灾 爆炸 严重污秽 化学腐蚀和剧烈振动场所 安装面与垂直面倾斜度不超过 15 二 技术参数 1 额定电压 主电路额定电压 10KV 或 6KV 3KV 2 额定电流 工作电压及 AC3 工作类别负荷下 主电路额定工作电流为 250A 400A 630A 3 额定频率 50HZ 60HZ 4 操作频率 长期 120 次 小时 短期 600 次 小时 5 真空换向器技术参数 型 号 CKG3 6CKG4 10 额定电压 6KV10KV 额定频率 50H50HZ 操作频率 600h 1600h 1 主回路断口 23000V 主回路断口 32000V 工频耐压 相与相 相与地 32000V 相与相 相与地 42000V 额定关合能力10 倍额定电流 100 次10 倍额定电流 100 次 额定开断能力8 倍额定电流 25 次8 倍额定电流 25 次 机械寿命50 万次50 万次 电 寿 命30 万次 AC 3 30 万次 AC 3 额定开距 3 3 0 3mm5 5 0 3mm 终 压 力 100N 100N 超 程 1 5 2mm1 5 2mm 外形尺寸 475 400 213mm 540 469 213mm 第 14 页 共 24 页 安装尺寸378 100mm 4 孔 11447 130mm 4 孔 11 重 量 25KG28KG 控制电路电压交流 220V交流 220V 辅助电路电压交流 220V 380V 直流 220V交流 220V 380V 直流 220V 说明 1 CKG31与 CKG41的外形尺寸相同 均为 540 469 213mm 2 如果安装维护的好真空管的生命能够大量延长 否则将大量缩短 三 结构及外形尺寸 1 结构和组成 本柜为条架式柜式结构 柜内安装一次设备主要有 4 台高压真空换向器 一台低压接触器和过电压保护用的阻容吸收 保护装置 过电压保护压敏电阻等 柜中高压室分上中下三层 中层装有两台高压真空换向器 一台线路换向器 KM2 3 另一个是制动用的真空换向器 KM3 1 以及 1 3 TG 电压传感器 上层装有两台换向器 KM2 1 与 KM2 2 为了运行的安全 线路换向器 制动换向器之间 正向换向器 反向换向器之间除设有电气联锁外 还设有机械联锁 以确保两台换向器 KM2 1 KM2 2 KM2 3 KM3 1 不能因同时闭合而造成相间短路和确保只有在线路接触器 KM2 3 处在断 开时 才允许制动接触器投入工作 进行制动 高压室的下一层安装有一台防止过电压的阻容吸收装置 1GS 三只过电压保护的压敏电阻 1 3 EM 和带电检测的三 相互感器 1YH 管型电阻 R1 3 是防止投低频或动力制动时造成 1YH 过热 另外还装有一台制动时合断负荷用的低压直流接 触器或交直流接触器 KM3 2 压敏电阻 RP1 3 及快熔 RL1 3 是为保护高压串电而设置的 高压串电将会使低频制动电源或动力制动电源造成坏灭高压串电将会使低频制动电源或动力制动电源造成坏灭 性的损毁性的损毁 快熔 RL1 3 的辅助触点应能可靠快速地将高压电断开 如果发现压敏电阻 RP1 3 及快熔 RL1 3 熔断 请检查各各 换向器中真空管是否漏气 粘连或开距过小换向器中真空管是否漏气 粘连或开距过小 之后请及时更换损坏的压敏电阻和快熔 柜的正面设有 2 个低压室 上部那个低压室内装有作为各高压真空换向器辅助触点的继电器及控制模块 试验按钮 对各真空换向器进行试验前 必须将高压开关柜及电气制动电源断电对各真空换向器进行试验前 必须将高压开关柜及电气制动电源断电 放电放电 下部那个低压室内装有换向柜的控制继电器 还装有带电显示板 1GX DXA4 1 用来监视高压真空换向器的真空 管漏气情况 带电显示板 2GX DXA4 2 用于监视电机侧缺相情况 在停车时 换向器的真空管如有漏气的 带电显示器 有指示灯显示 并通过控制触点 K1 K2 动作发出信号以便参与系统控制 在运行过程中 如果电机端缺相 高压串电 让 高压开关柜跳闸 为了保证高压设备的安全 在柜的前后四个面上装有四个门开关 只要有一门打开或没关好就发出信号 可去控制断 开前级高压柜的电源以确保安全 安装时 必须把门限位开关的闭锁线接对 并试验成功 高压室内有高压 柜门不得随便开启高压室内有高压 柜门不得随便开启 柜门一旦开启将造成高压断电 并无法送上高压柜门一旦开启将造成高压断电 并无法送上高压 2 柜内元件布置及外形尺寸 柜子外形尺寸为 宽 X 厚 X 高 1000 x 1000 x 2200 2400 具体见图纸资料 四 工作原理及保护措施 1 工作原理 详见原理图 在转子串电阻调速的交流提升机 皮带机 电控系统中 电机的起动 反转及电气制动 由本高压真空 换向柜来完成 该设备主要由 CKG3 1 型 6KV 或 CKG4 1 型 10KV 高压真空换向器器组成 用来起动 换向的主要是 由三台高压真空换向器 正向 KM2 1 反向 KM2 2 线路 KM2 3 来完成 正向换向器 KM2 1 与反向换向器 KM2 2 具有机械闭 锁 此处线路换向器 KM2 3 的作用 交流高压电实现双断点分断 为了便于完成高压交流换向器回路与制动换向器的回路 的机械联锁作用 这样在换向器的联锁中具有电气和机械联锁双层保护 在制动接触器线路采用了一台高压真空换向器和一台低压空气式接触器串接 其中高压真空接触器起高压隔离作用 而低压空气接触器用来完成制动电流的通断 这样在线路控制中起隔离作用的高压真空接触器 KM3 1 应是先通后断 而起 通断电流的低压空气接触器 KM3 2 应是后通先断 动力制动换向柜 ZHXD 中 KM3 2 为直流接触器 适合于直流电流的通断 低频制动换向柜 ZHXP 中 KM3 2 为交直流接触 器 适合于低频交流电流的通断 2 保护措施 第 15 页 共 24 页 根据高压真空换向器在工作过程中的特点及问题 设计了如下保护措施 在相应的换向器之间 KM2 1 KM2 2 KM2 3 KM3 1 除有电气联锁外 还设置了可靠的机械联锁 通过联锁杆 避免同一组换向器同时闭合或粘连的可能 当同一组中任何一方换向器吸合后 机械闭锁杆的晃动间隙应保持 1mm 左右 以一方闭合另一方能够可靠分断为准 对真空换向器通断感性负荷所产生的过电压以及电网的过电压问题 采用阻容过电压吸收装置和压敏电阻并用的 办法 可靠地防止过电压对真空管及电机的危害 真空管经常承受过电压将使真空管的使用寿命大大缩短 阻容过电压吸收装置阻容过电压吸收装置 1GS1GS 和压敏电阻和压敏电阻 1 3EM1 3EM 的接地线必须保持良好接地的接地线必须保持良好接地 对于真空换向器在使用中的预防漏气问题 除在使用中定期用耐压的方法进行检测外 在设备中配置上也采用了 保护措施 在正反向换向器断口的次方接有带电显示器的传感器 1 3TG 通过显示器可对真空管的漏气情况进行检测 两 台换向器一旦管子漏气发生 带电显示板 1GX DXA4 1 在显示的同时 可通过触点 K1 K2 参与控制 漏气在停车状态 KM2 1 KM2 2 KM3 2 同时释放 下进行检测 如果有真空管漏气或粘连造成换向器断口的次方有交流高压电 氧化锌 避雷器 1 3TG 即反映有电 带电显示板 1GX 通过面板上的指示灯即指示漏气信号及漏气所在的相 同时显示板上的触点 K1 K2 通过时间继电器让继电器 KA2 1 闭合并保持 KA2 1 拒绝所有换向器进一步闭合的可能并通过 H129 H130