提升信號系統(tǒng)及主控系統(tǒng)

一、概述

提升機(jī)電控系統(tǒng)及信號控制系統(tǒng)的主要技術(shù)和相關(guān)要求。它包括軟件系統(tǒng)、設(shè)備及其附件的設(shè)計(jì)、選型、配置、結(jié)構(gòu)、性能、制造、安裝指導(dǎo)、試驗(yàn)、調(diào)試、試運(yùn)、培訓(xùn)、技術(shù)服務(wù)、檢修和質(zhì)量保證等方面的技術(shù)要求。

二、使用環(huán)境

? 環(huán)境溫度：  高溫度：+40℃

很低溫度：-15℃

? 海拔高度：   ≤2000m

三、技術(shù)方案及要求

1) 主控系統(tǒng)與信號系統(tǒng)通訊

主控系統(tǒng)的主控制器與監(jiān)控控制器采用專用通訊電纜進(jìn)行通訊，由于兩控制器在同一柜子內(nèi)部、距離近，使用電纜和光纖通訊速度差別不大。

主控系統(tǒng)與信號系統(tǒng)采用單模單纖通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；光纖通訊具有：容許頻帶很寬，傳輸容量很大；損耗很小，中繼距離很長，且誤碼率很小；抗電磁干擾性能好等優(yōu)點(diǎn)。提高了通訊速率、增強(qiáng)了通訊數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率及實(shí)時(shí)快速監(jiān)控井下各個(gè)水平的安全門、搖臺、阻車器的狀態(tài)；通訊數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性與快速性的增強(qiáng)，更為可靠的給主控系統(tǒng)反應(yīng)出信號系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)某點(diǎn)出現(xiàn)故障，可以快速確認(rèn)故障，并作出反應(yīng)（緊急停車、減速停車或到停車位后不允許再次開車）；從而大大提高了整體提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了整體提升系統(tǒng)的安全系數(shù)。

增強(qiáng)電磁干擾對通訊產(chǎn)生的影響，解決了井口的雷電通過通訊線進(jìn)入提升系統(tǒng)，造成設(shè)備的損壞。

2) 井口信號臺與各中段信號箱采用現(xiàn)場總線光纖通訊方式，井口信號臺的外部接線均加設(shè)浪涌防雷設(shè)備；

光纖通訊設(shè)備要求:

a) 應(yīng)采用工業(yè)級設(shè)備與材料（交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換模塊、光纖連接設(shè)備等）；

b) 光纖采用24芯單模阻燃，防護(hù)須達(dá)到立井敷設(shè)要求；

l 打點(diǎn)流程

信號打點(diǎn)流程分為：井口信號、中段信號、應(yīng)急信號；其中中段信號又分為直發(fā)信號和轉(zhuǎn)發(fā)信號兩種。

井口信號：即只有井口具有控制權(quán)限，各個(gè)中段沒有打信號的權(quán)限。中段有急?？刂茩?quán)；停車控制權(quán)（減速停車）；在容器到達(dá)本中段且停車，允許操作操車部分（油泵啟動(dòng)、安全門、搖臺、阻車器、推車機(jī)等）。

中段直發(fā)信號：即提升容器所在罐位中段有控制權(quán)限，其他中段均無控制權(quán)包括井口。

中段轉(zhuǎn)發(fā)信號：即提升容器所在罐位中段和井口有控制權(quán)限，但很終的控制權(quán)在井口，中段的信號需要經(jīng)過井口轉(zhuǎn)發(fā)后，主控系統(tǒng)才能收到開車信號。

應(yīng)急信號：通過硬件點(diǎn)鈴的方式，發(fā)出脈沖信號直接給主控；在信號控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障,無法快速恢復(fù)時(shí)使用,不能長期使用，僅作為應(yīng)急使用。

l 信號邏輯控制

1) 井口操作臺設(shè)有提升種類選擇開關(guān)：A提人、B提礦石/廢石、C提物等。

2) 井口操作臺設(shè)有井口/中段選擇開關(guān)（井口方式和中段方式都必須由井口轉(zhuǎn)發(fā)，井口方式時(shí)，信號可以由井口信號工直接發(fā)出給提升系統(tǒng)；中段方式時(shí)，由中段發(fā)送信號，由井口轉(zhuǎn)發(fā)），當(dāng)選擇中段控制時(shí)，信號由中段信號箱發(fā)出，井口轉(zhuǎn)發(fā)信號；當(dāng)選擇井口控制時(shí)，信號直接由井口發(fā)出。兩種方式下，操車系統(tǒng)的連鎖關(guān)系均存在。

3) 各中段安全門、搖臺、阻車器與信號系統(tǒng)的連鎖關(guān)系：當(dāng)各中段的安全門開關(guān)到位、搖臺升到位、阻車器合到位的信號都接收到時(shí)，信號才允許被轉(zhuǎn)發(fā)出去。當(dāng)信號已經(jīng)發(fā)出后，各到位信號消失時(shí)，應(yīng)通過絞車系統(tǒng)進(jìn)行連鎖判斷。絞車系統(tǒng)的連鎖關(guān)系如下：

a) 當(dāng)發(fā)生安全門關(guān)到位信號、阻車器合到位信號消失時(shí)，系統(tǒng)報(bào)輕故障，可以完成本次提升；當(dāng)前提升完成后，必須排除問題才能進(jìn)行下次提升。

b) 當(dāng)發(fā)生搖臺起到位信號消失時(shí)，延時(shí)0.5秒（信號確認(rèn)時(shí)間），如果判斷起到位信號消失在所在中段的罐籠運(yùn)行前方時(shí)，則進(jìn)行安全制動(dòng)。如果判斷起到位信號消失在所在中段的罐籠運(yùn)行后方時(shí)，則報(bào)輕故障，可以完成本次提升；當(dāng)前提升完成后，必須排除問題才能進(jìn)行下次提升。

c) 如果確認(rèn)到位信號消失為誤報(bào)信號，那么可以在井口信號臺的人機(jī)界面或者車房控制臺的人機(jī)界面上對誤報(bào)的設(shè)備單獨(dú)屏蔽。排查找到誤報(bào)信號原因處理好后，解除屏蔽。

4) 中段選擇去向后，系統(tǒng)會判斷去向是否有效，有效的判斷：當(dāng)去向中段信號在所發(fā)提升信號指向前方時(shí)為有效，在所發(fā)信號指向后方時(shí)無效。去向與罐籠所在位置相同時(shí)，認(rèn)為是平罐作業(yè)。

l 鎖罐器、就近控制箱、信號顯示

1) 鎖罐器：起到閉鎖開車、允許操車的作用，當(dāng)提升容器到達(dá)本中段后，按下鎖罐按鈕，相應(yīng)指示燈亮，主控系統(tǒng)收到鎖罐信號，不允許開車，同時(shí)信號系統(tǒng)允許對操車進(jìn)行操作如：油泵啟動(dòng)、安全門打開、搖臺落下等操作。當(dāng)所有設(shè)備操作完成，發(fā)車去下個(gè)中段信號后，需解除鎖罐，才允許提升機(jī)運(yùn)行。

2) 就近控制箱：用于乘罐人員對操車系統(tǒng)和信號系統(tǒng)的必要操作，可以減少信號人員的數(shù)量，增加提升效率。當(dāng)罐籠到達(dá)某一中段后，乘罐人員可以在罐籠里面通過就近控制箱，進(jìn)行鎖罐、啟動(dòng)油泵、打開安全門、落下?lián)u臺等操作；當(dāng)人員再次上罐，進(jìn)行啟動(dòng)油泵、關(guān)閉安全門、抬起搖臺、停止油泵、選擇去向、發(fā)出信號、解除鎖罐、提升機(jī)允許運(yùn)行等操作。

3) 信號顯示：用于顯示停車狀態(tài)、安全門狀態(tài)、搖臺狀態(tài)、阻車器狀態(tài)、中段信號點(diǎn)數(shù)、井口信號點(diǎn)數(shù)、罐位值、去向值；方便乘罐人員觀看信號系統(tǒng)的狀態(tài)。

五、主控系統(tǒng)說明

1) 操作臺為一體式結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)帶上位監(jiān)控時(shí)為三體式結(jié)構(gòu)），臺面由指示儀表、指示燈、按鈕開關(guān)、制動(dòng)手柄、主令手柄等顯示及控制元件組成，是電控系統(tǒng)的顯示、操作平臺。

2) 儀表可顯示以下參數(shù)：控制電源電壓、運(yùn)行速度、給定速度、主回路電流、閘電流、制動(dòng)油壓等。

3) 指示燈可顯示以下內(nèi)容：外部繼電器硬件安全回路狀態(tài)；PLC軟安全回路狀態(tài)；液壓站、潤滑站等系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；手動(dòng)、檢修、調(diào)繩等系統(tǒng)控制狀態(tài)；離合器開合狀態(tài)（雙筒）；提升、下放及減速點(diǎn)、輕故障等工作運(yùn)行狀態(tài)。

4) 主令開關(guān)、手柄可做以下控制：正反向過卷復(fù)位；調(diào)繩、檢修、手動(dòng)、半自動(dòng)控制的轉(zhuǎn)換；正常提升和故障應(yīng)急提升控制的轉(zhuǎn)換；提升、下放方向的選擇及復(fù)位；緊急停機(jī)及安全故障后的系統(tǒng)復(fù)位；電機(jī)運(yùn)行速度（頻率）給定等主令操作控制。

5) 操作臺內(nèi)安裝有多種PLC模塊，主要由CPU主控制模塊、擴(kuò)展I/O數(shù)字量模塊、模擬量輸入輸出模塊組成，通過信號輸入端口采集各種控制狀態(tài)及反饋信號，模擬量模塊將采集到的各種信號進(jìn)行運(yùn)算處理，然后通過輸出端口輸出模擬量控制信號。

6) 采用兩套原裝可編程控制器，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。主控制器是核心控制器件，采用國際有名品牌可編程控制器，功能強(qiáng)大，性能可靠，由CPU主控制模塊和擴(kuò)展I/O數(shù)字量模塊組成，通過輸入端口采集各種控制狀態(tài)及反饋信號，經(jīng)運(yùn)算處理后通過輸出端口驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，完成各項(xiàng)提升工藝控制。

7) PLC控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)具有DI/DO、AI/AO模塊、CPU 模塊、功能模塊、計(jì)數(shù)模塊、通訊模塊等，并預(yù)留20%以上的I/O接口。

8) 安全回路由PLC控制元件與繼電器冗余，當(dāng)PLC故障時(shí)，系統(tǒng)能以低速度運(yùn)行實(shí)現(xiàn)簡易開車；

9) 全行程速度監(jiān)控，實(shí)際速度超過給定速度的8%預(yù)報(bào)警，超過給定速度的15%進(jìn)行安全制動(dòng)；

10) 過卷監(jiān)控，實(shí)際過卷0.3m預(yù)報(bào)警，過卷0.5m實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)；

11) 除了全行程包絡(luò)線速度監(jiān)控以外，還應(yīng)設(shè)置作為后備保護(hù)的位置定點(diǎn)速度監(jiān)控；

12) 閘瓦磨損及彈簧疲勞保護(hù)接口預(yù)留；

13) 手把零位及調(diào)繩閉鎖；

14) 制動(dòng)油泵工作情況與安全回路、主回路中高壓線路換向器動(dòng)作的合理閉鎖；

15) PLC軟件綜合故障情況保護(hù)。

操作控制系統(tǒng)能完成提升機(jī)手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)、檢修、故障開車各種運(yùn)行方式的控制要求。控制系統(tǒng)能自動(dòng)選取很大的運(yùn)行速度，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

 手動(dòng)運(yùn)行：司機(jī)根據(jù)信號系統(tǒng)信號，通過操作手柄控制提升機(jī)在額定速度以下任意速度運(yùn)行，自動(dòng)減速、自動(dòng)準(zhǔn)確停車，同時(shí)要受到行程控制器的限制。

半自動(dòng)運(yùn)行：在半自動(dòng)運(yùn)行邏輯具備條件時(shí)，司機(jī)根據(jù)系統(tǒng)情況通過操作手柄，讓提升機(jī)完成一個(gè)提升循環(huán)，并具安全聯(lián)鎖；具有自動(dòng)選擇去向，確定運(yùn)行速度等功能，自動(dòng)加速、自動(dòng)減速、自動(dòng)準(zhǔn)確停車。

全自動(dòng)方式：在全自動(dòng)運(yùn)行邏輯條件具備時(shí)，提升機(jī)電控系統(tǒng)可按信號系統(tǒng)給定的開車方向及運(yùn)行的中段自動(dòng)運(yùn)行，完成一次提升并自動(dòng)停車，具有自動(dòng)選擇去向，確定運(yùn)行速度等功能。

檢 修：檢修速度：0.3-0.5m/s。檢修時(shí)可手柄控制（0.3-0.5m/s）。

故障開車：在PLC出現(xiàn)故障情況下，提升機(jī)能實(shí)現(xiàn)低速應(yīng)急開車，速度<1.0m/s，并且具有《金屬和非金屬礦山安全規(guī)程》規(guī)定的保護(hù)。

六、提升機(jī)安全保護(hù)說明

安全保護(hù)分為三類：排名靠前類:嚴(yán)重故障，立即斷開安全回路實(shí)施安全制動(dòng)；第二類，較嚴(yán)重故障，先減速到1m/s后實(shí)施安全制動(dòng)，但如果發(fā)生排名靠前類故障立即實(shí)施安全制動(dòng)；第三類為輕故障，允許一次開車，本次運(yùn)行結(jié)束后不維修好不能再次開車。

排名靠前類:嚴(yán)重故障包括：等速過速、限速過速、包絡(luò)線超速、爬行段超速、高低壓電源故障、過流、變流器故障、錯(cuò)向、PLC故障、過卷、急停操作、網(wǎng)絡(luò)通訊故障、搖臺（或閘門、安全門）在運(yùn)行中落下或打開、2只測速元件同時(shí)損壞、井筒開關(guān)失靈、主回路失壓、速度比較錯(cuò)誤、殘壓高、電機(jī)溫度過高等等；

第二類:重故障包括： 機(jī)械深度指示器失效(如果有的話)、鋼繩滑動(dòng)保護(hù)、編碼器位置偏差過大、制動(dòng)油路故障（油壓過高、堵塞）、閘瓦磨損、主回路過壓或接地或欠壓等等；

第三類：輕故障1只測速元件損壞、潤滑溫度高、潤滑油壓高/低、電機(jī)溫度報(bào)警、彈簧疲勞、閘盤偏擺、風(fēng)機(jī)失壓等等（如果有的話）

l 保護(hù)過程實(shí)現(xiàn)雙線控制方式，對提升機(jī)運(yùn)行關(guān)鍵的信號（如速度、容器位置、安全、減速、過卷等等）均采用多重保護(hù)（軟件、硬件），互為監(jiān)視。

l 輕重故障具有聲、光報(bào)警或預(yù)報(bào)警。

l 采取必要的硬件、軟件的抗干擾措施（隔離、濾波、合理的結(jié)構(gòu)及布線），確保整個(gè)系統(tǒng)不受電磁干擾、供電電源的干擾，并對其他設(shè)備不產(chǎn)生危害性的干擾；經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，使設(shè)備的性能更加強(qiáng)大，硬件包括接線更加整潔。

l 深度指示器斷軸保護(hù)；利用光電開關(guān)，實(shí)時(shí)檢測深度指示器轉(zhuǎn)動(dòng)速度，與主控系統(tǒng)速度進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)主控系統(tǒng)速度大于 深度指示器旋轉(zhuǎn)速度0.5米/秒時(shí)，發(fā)出深指斷軸故障。

l 井口2m/s限速保護(hù)；在距離井口一定距離檢測到絞車運(yùn)行速度大于2米/秒時(shí)，認(rèn)為絞車沒有按設(shè)定減速度減速，采取保護(hù)制動(dòng)。

l 錯(cuò)向保護(hù)：提升機(jī)在開閘瞬間，有時(shí)由于電機(jī)力矩沒有建立起來，造成礦車向相反方向溜車，此時(shí)應(yīng)及時(shí)保護(hù)制動(dòng)；另外，有時(shí)為了保證開車方向與信號指示方向一致，例如當(dāng)信號要求上提時(shí)，由于線路發(fā)生故障，或者某種特殊情況造成實(shí)際開車方向與信號要求不一致時(shí)，出發(fā)保護(hù)制動(dòng)。

l 二級制動(dòng)解除保護(hù)；為了減小對機(jī)械、電控設(shè)備的沖擊，安全制動(dòng)時(shí)采取兩次制動(dòng)，但是兩次制動(dòng)的緩沖效果，也加長了制動(dòng)距離，在井口發(fā)生安全制動(dòng)時(shí)，必須取消二級制動(dòng)效果，而采取一次緊急制動(dòng)，避免礦車沖出井口。

l 減速段超速保護(hù)；提升機(jī)運(yùn)行過程中，對減速段的檢測很為重要，為了加強(qiáng)此段的安全保護(hù)，除了前面的2米定點(diǎn)速度檢測外，本系統(tǒng)增加了減速段包絡(luò)線速度保護(hù)，PLC內(nèi)計(jì)算出一條設(shè)計(jì)好的運(yùn)行速度曲線，實(shí)際速度與此設(shè)計(jì)的速度曲線比較，當(dāng)實(shí)際速度大于設(shè)計(jì)速度10%時(shí)，進(jìn)行保護(hù)制動(dòng)。

l 欠壓保護(hù);檢測直流母線電壓，如果低于欠壓保護(hù)定值，則變頻器保護(hù)。此保護(hù)實(shí)際上包括了對電網(wǎng)電壓負(fù)向波動(dòng)的保護(hù)。

l 過熱保護(hù);包括兩重保護(hù)：在變頻調(diào)速系統(tǒng)柜體內(nèi)設(shè)置溫度檢測，當(dāng)環(huán)境溫度超過預(yù)先設(shè)置的值時(shí)，發(fā)報(bào)警信號；另外，在主要的發(fā)熱元件，即整流變壓器和電力電子功率器件上放置溫度檢測，一旦超過極限溫度（變壓器130℃、功率器件80℃），則保護(hù)。

l 安全回路由PLC內(nèi)部和外部AC回路串聯(lián)實(shí)現(xiàn)；安全回路除了軟件回路，還有硬件安全回路，保證雙線保護(hù)，和重要環(huán)節(jié)的三線保護(hù)。