矿井提升机的综合自动化控制系统

矿井提升机的综合自动化控制系统

赵玉宝

（四川化工天瑞矿业有限责任公司四川乐山614600）

摘要：矿井提升机为矿山咽喉设备，除电力传动系统可靠运行外，需对提升机电气设备及机械设备的运行状态进行监视及控制，提高电控系统的可靠性、控制精度和性能。完善的综合自动化系统对提升机安全运行有着重要的意义。

关键词：提升机；自动化；控制

前言

提升机电气设备和机械设备比较复杂，运行可靠性要求高，故障检测处理及保护电路比较复杂，随着电力科技技术的发展，提升机电气控制、保护措施自动化系统已发展到第三代多PLC和智能化仪表数字控制以及上位机监控、数据采集及远程故障诊断编程系统。

1提升机操作系统

1.1操作台

操作台为分体式结构，由控制台，制动台，仪表指示台组成，中间设有司机座椅。

控制台和制动台上设置有各类操控手柄、开关和按钮等。

仪表台上设置有各类仪表及指示信号等。

司机可操作操作台上的开关及按钮来控制提升机运行，并通过指示灯和显示仪表以及工业控制计算机及时了解提升机的运行状态及运行参数。

1.2上位机监控系统

主要实现人机界面及画面显示，人-机通信、监视、控制与操作，各个子系统画面显示。

主要监控功能为提升系统动静态画面生成；故障自检显示、报警；各类报表生成；提供首次报警记录等。

2提升机控制系统

2.1主控PLC系统

主控PLC是网络控制系统的主站，主要用来实现逻辑联锁控制和安全监视、保护。完成除闭环控制外的整个提升机电控系统的信号处理，数据运算，通信控制，系统管理等。

2.2监控PLC系统

主要实现安全监视和保护。

主要保护和闭锁功能

（1）立即施闸类故障保护：

（2）终端施闸类故障保护：

（3）电气制动类故障保护

（4）系统闭锁功能

（5）部分行程参数信号逻辑运算处理，自动产生速度给定信号。

（6）控制提升容器停车精度<1cm。

（7）将信号处理成位置和在线速度显示等

2.3UPS不间断后备电源

UPS电源用于控制，监控，等设备的电源后备支持。当发生电源故障时，给闭环控制，以及PLC的供电将继续维持直到提升机停止且制动闸已经合上。

3转/卸载系统与提升信号装置

提升信号系统包括提升机房，上井口，下井口三处之间的联动。

3.1对于副井提升系统，信号控制根据井口，井底罐笼的位置状态，操车的工作状况，安全门、摇台是否到位，人员、设备是否就绪向提升机房操作台发出允许开车信号。

对矿车调运、限位、装卸，并实现安全闭锁，逻辑控制，达到操车作业机械化、自动化的机电一体操车系统。

3.2对于主井提升系统，装/卸载控制根据箕斗的位置状态，装/卸载是否完毕，由信号控制向提升机房操作台发出允许开车信号。

主井装卸载控制与提升信号装置中装载称重系统与提升信号合为一体，安装在控制柜上，但PLC各位独立，井筒信号及装、卸载控制系统，在硬件和软件上整体独立，与绞车电控只存在闭锁和控制上的I/O借口。

3.2.1装载控制柜主要功能：

---控制方式有自动、手动、联锁、检修、点动运行模式。

---整个装载系统的LED模拟显示，A、B箕斗到位指示提升数码自监指示，箕斗闸的开闭指示、箕斗称重指示。左右箕斗重量显示，装载站系统故障指示，工作电压指示。

---闭锁和保护

---防二次装载方法

3.2.2卸载站信号控制柜主要功能

----控制方式：自动、手动、联锁、检修、电动三种运行模式

----整个卸载系统的LED模拟显示

----闭锁和保护。

----故障报警与复位

3.2.3绞车房信号柜主要功能

---有通过工控机进行系统故障诊断，信息显示，存储及对装，卸载PLC程序的在线状态显示，程序修改、下载。

---工控机界面显示

---装卸系统的界面显示

---提升信号有数码显示

---称重累计和称重显示

---紧停告警显示

---鉴别开车信号正确以否

4提升机的综合自动化控制实例

西门子提升机控制系统的核心是提升机工艺控制器WTC。包括整个提升系统的控制，安全监视，保护等。整个提升机控制系统都以WTC为核心展开。

4.1.WTC由2套S7-400+FM458架构的冗余配置，形成双通道-A和B，一路主控，一路监控，在工艺控制功能上实行双路独立的信号采集，状态判断，实时运算，生成控制指令。所有与安全有关的分散的现场设备信号分别进入主控、监控系统，参与联锁保护，互相比较，确保控制的每一步都安全，双PLC系统任意一个系统发现故障信号时立即采取相应措施，有效避免了单PLC系统可能发生的信号误采集，CPU自身运算错误等故障发生。

WTC控制系统分工明确：逻辑联锁控制和保护由S7-400高端PLC来实现；工艺控制由64位处理器FM458数字控制器来实现；外围设备所有远程信号采集和控制通过远程站的ET-200，I/O接口，经Profibus总线通讯方式。

4.2.位置、速度、转矩三闭环控制。

位置控制：位置给定值决定了速度给定值。通过轴编码器反馈回来的实际位置信号，实时调整速度给定值，确保提升机完全按照设计曲线运行。同时根据反馈回来的位置值来判断何时停车，实现精确停车。

速度控制：加入了冲击值（加速度的导数）控制，使得速度曲线的拐角处实现了S弧线，减少对钢丝绳和机械设备冲击和磨损。精确检测和闭环控制实现在速度为0的情况下工作停车。

转矩控制：力矩预置功能保证提升机启动时启动平滑。力矩保持功能保证了零速停车施闸时提升机不会倒溜。减少了启动和停车对机械设备的冲击和闸瓦的磨损。

4.3.安全回路、电气停车回路、闭锁回路三大控制回路。

安全回路：故障发生后，立即抱闸实时机械制动，不能再启动，直至故障复位。

电气停车回路：故障发生后，立即实行电气停车。提升机将不能启动，直至故障复位。

闭锁回路：故障发生后，允许继续完成本次提升到本周期完成后，提升机被闭锁，不能启动，直至故障复位。

图1总图

图2控制系统网络框图

图3提升工艺控制组成及WTC

图4工艺控制器WTC

4.4控制系统主要功能（通道A）

4.4.1行程控制

主要包括：速度和位置传感器输入、速度手柄输入、两个提升容器的位置检测、同步位置输入、目标位置及速度和爬行距离的参数确定、爬行速度/加速度/减速度和冲击控制、带冲击限幅功能的位置/速度/加速度的参考值发生器、全提升周期位置闭环控制、速度闭环控制、摩擦轮直径的补偿（绳衬磨损）、转矩预控。

4.4.2与传动系统的通讯

■对提升机用电设备的起停进行联锁控制并管理

■对提升机用电设备的工作状态进行信号收集和处理

■接收主操作台来的操作信号

■与井筒信号系统以及装卸载控制系统进行通讯（PROFIBUSDP）和联锁控制

■与主操作台上人机界面设备的通讯

■工艺监控功能以及提升机闭锁回路／电气停车回路／安全回路的软件

■对所有的报警信号进行处理并输出到操作台人机界面中

4.5监控系统主要功能（通道A+B）

■连续速度监控（即速度包络线）

■位置突变监控

■重载提升的监控

■重载下放的监控

■滑绳监控

■所有编码器测量值之间的相互监控

■对井筒同步开关的监控

■两个监控系统（通道A/B）对各自的运算结果通过通讯实时进行互相比较和监控

■软件过卷保护

■硬件过卷保护

■实现提升机闭锁回路／电气停车回路／安全回路的软件

■减速段的软件和硬件速度监控

■软件逐点速度监控

■通过通讯实现通道A/B中速度包络线的相互监控

■紧急停车监控

■错向保护

5、结束语

自动化控制系统在矿井提升机中占有着重要地位，配置完善的电气自动化控制系统，对提升机安全运行、可靠控制及准确精度等有着重要意义。