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矿井提升机电控系统原理设计摘要我国矿井提升机大多是采用交流异步电机拖动，其电气控制系统采用转 子串、切电阻调速，由继电器-接触器构成逻辑控制装置。本文以安全、可靠、高效、经济为出发点，以可靠性原则为依据，对矿井交流提升机电控系统进 行研究设计，由可编程控制器(PLC)代替继电器-接触器构成的逻辑控制装 置。其中简单介绍了国内外矿井提升机发展概况，提升机机械结构、工作原 理，分析了其技术经济性。对于PLC的控制原理及应用做了一般性的介绍。详述了提升机电控系统和调速原理，如：测速部分和保护部分。本文以 TKD-NT单绳缠绕式矿井提升机为例，提出了研究设计方案，并且在实践中 成功实施。PLC电控系统实现了对提升过程的程序控制，精度高；实现了速 度、电流以及矢量的数字交换等，对提升机进行闭环调节；实现行程、速度 等重要参数及提升状态的监视；实现无触点控制，寿命长，可靠性大大提高,具有良好的控制监视系统；实现了显示、记录等有关数据的全部自动化。关键词：矿井交流提升机，PLC,调速，电控技术研究THE DESIGN OF ELECTRIC CONTROL SYSTEM BASED ON MINE ELEVATORABSTRACTIn China,mine elevator whose electric control system uses speed regulation by means of stringing and slicing the rotor resistance,and it constitutes the logic control device by the relay and contactor adopting the means of the drive of AC asynchronous motor in most cases.This paper which studies and designs the electric control system of AC mine elevator,adopting PLC which takes the place of the logic control device constituted by the relay and contactor takes the security,reliability,high efficiency,economy as a starting point,and takes the reliability principle as the basis.There into,this paper gives a brief introduction on the development of mine elevator in home and abroad,its framework and theory,while doing some economic study.Then,it introduces the theory and application of PLC simply.On the side,it goes into particulars about electric control system,for example,speed measurement and safeguard.This paper sets TKD-NT elevator for an example,proposes the research and design plan which puts in practice successfully.The electric control system based on PLC has carried out the procedure control of hoist process and high accuracy,closed-cycle control of mine elevator through speed,electric current as well as digital switching of vector and so on,the monitor of important parameters such as the distance of travel,speed,the state of hoist.In addition,the system also has carried out contact less control,long life-span,reliability greatly improved,good control supervisory system and completely automation of relevant data s demonstration,recording and so on.KEY WORDS:AC mine elevator,PLC,speed regulation,electric control technology research目录前言.1第1章国内外矿井提升机发展概述.31.1 国外矿井提升机现状.31.2 我国矿井提升机电气控制系统的现状.3第2章 提升机机械结构及工作原理.52.1 机械结构.52.2 工作原理.6第3章串电阻调速系统.83.1 串电阻调速系统原理.83.2 串电阻调速程序.9第4章 提升机电控系统构成.154.1 引言.154.2 主回路.164.3 测速回路.174.4 安全回路.174.5 控制回路.194.5.1 信号回路.194.5.2 电机正反转回路.204.5.3 制动回路.204.5.4 转子电阻控制回路.214.6 监控系统.214.6.1 上位机.214.6.2 操作台.22第5章PLC操作主控系统原理及应用.235.1 PLC系统组成.235.2 各单元基本特点.23第6章 技术经济性分析.25结论.27致谢.28参考文献.29-LX.1刖 百矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉，是矿山最重要的关键设备，是地 下矿井与外界的唯一通道，肩负着矿石、物料、人员等的重要运输责任。对 提升机来说，运行的安全性与可靠性是至关重要的。采用新技术、新设备、新工艺来装备煤炭生产的各个环节，以达到减人提效、确保安全生产的目的，是科技兴煤的必由之路。矿井提升设备，其中主要是提升机及其控制和安全 设备，也同样要面临着这一必经之路。多年来，矿井提升机及其拖运、安全 保护系统等设备的技术水平和安全水平一直是困扰煤炭安全生产和效益提高 的重要因素。为改变这一状况，煤炭行业的科研、高校、生产企业和待业主 管部门以及机行业的科研和生产企业的工程技术人员做了大量的工作，已开 发了众多适用的产品和技术，积累了丰富的经验，取得了长足的进步。大家 可以看到，眨眼间我国已经可提供多种技术先进、性能可靠、安全性高的矿 井提升设备，大多数已在煤矿基建、生产和技术改造等方面获得了成功的应 用。由于可编程控制器结构简单、容易掌握、价格便宜，在一定范围内能满 足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。继电接 触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少,难于实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复 杂，当生产工艺或对象需要改变时，原有的接线和控制盘（柜）就要更换，所 以通用性和灵活性较差。提升机的主电动机采用绕线型异步电动机，通过其转子轴 上的滑环，向转子绕组回路接入电阻，以便进行起动和调 速。本文诣在对电控系统进行局部的修改 完善，根据我 国国情，按照可靠性系统工程的原理，对现的提升电控系 统进行综合分析 评价，尽量采用国内外的新技术成果，形成一套较为完整的改造方案及适的换代产品。根据现有 的经济条件，对绕线异步电机串电阻的调速部分的电路，采用无触点的PLC系统代替原有触点的继电器逻辑控制系 统，提高系统的安全性及可靠性，充分利用PLC的多种功 能，进一步改善控制性能，防止控制系统的内外部干扰。第1章国内外矿井提升机发展概述下面对国内外矿井提升机的发展作简要的叙述，以在对比中取得更长足 的发展。1.1 国外矿井提升机现状伴随着科技的进步以及对安全性能要求的提高，国外矿井提升机在拖动、调速、电控等方面成绩斐然。在直流拖动方面，部分发达国家原有的交流提升机已基本上被晶闸管-电动机（SCR-D）系统所取代。例如：德国、瑞典等国家已有90%以上采用直 流提升机，传动系统采用低速直联式，省去了减速机。在调速方面，直流变 频调速被多数专家认为是大型提升机拖动的必然发展方向，其优点众多。如：提升机容量几乎不受限制，没有整流子电刷这一薄弱环节等。另外，在国外，微机控制在提升机上的应用已达到成熟阶段。在对提升行程的控制，对提升 过程的监视，安全同路，对制动系统的控制与监视，全数字化调速控制系统 等方面均应用广泛。例如：德国AE0公司的Logidynt（32位机）、西门子公司 的SIEM“ynd”（16位机）系统都已应用于提升机上。此外，在国外，AEG公 司生产的内装式提升机以结构简单、占地少、成本低等优势也逐步面向市场。1.2 我国矿井提升机电气控制系统的现状历经几十年发展，我国的矿井提升机电控技术取得了不少的进步，但与 美国、德国等世界发达国家相比，依然存在着很大的差距。目前，发达国家 的矿井提升机电控技术已全面实现了全数字控制，而国内绝大多矿井提升机 电控系统还是交流串阻调速继电器一接触器控制，效率低下，安全隐患多，严重制约着我国矿山产业的健康发展，急需大规模的技术改造和更新。目前，我国矿井提升机90%以上是采用单机容量在lOOOKw以下传统的交流 异步电机拖动，采用转子串、切电阻调速，由继电器-接触器构成逻辑控制装 置。其中，约70%采用串电阻调速的交流拖动方式。采用改变转差率S的调 速方法，在调速中产生大量的转差功率，使大量电能消耗在转子附加电阻上,导致调速的经济性变差。极少数提升机采用串级调速方法，其调速范围窄，且投资大。直流电动机拖动的提升机不足10%,其中多一半为电动机-发电机 组供电，采用晶闸管整流传动的只占一少部分。近年来，仅引进了几台交一 交变频同步电机拖动系统。计算机技术已在提升机电控系统中得到普遍应用。这种由可编程序的控制、调节装置构成的提升机电控系统的主要特点是：可 完成提升行程的测量和设定；实现了对提升过程的程序控制，精度高，对提 升机进行闭环调节，具有良好的控制监视系统，实现了显示、记录等有关数 据的全部自动化。第2章提升机机械结构及工作原理2.1 机械结构矿井提升机是采矿工业中联系井下与地面的主要运输工具。由主轴、卷筒、制动器、减速器、牌坊式深度指示器，电控柜、操作台、液压站等部分组成。一、主轴装置：主轴装置由两个卷筒、主轴、四个轮毂、调绳装置等成。右边卷筒叫固 定卷筒，左边卷筒叫做游动卷筒，在调绳时可与主轴作相对滑动，主轴装置 一般采用剖分式或整体焊接式，弹性结构卷筒。卷筒受力均匀，强度大。主 轴与轮毂通常采用无键连接，提高了主轴强度。二、减速器：本提升机采用双级圆弧齿轮减速器，其结构有两级人字齿轮对和机体、机盖等组成。润滑油是从单独的润滑油站进行稀油强制润滑，各轴承均采用 滚动轴承。三、盘形制动器：盘形制动器是矿井提升机制动系统的重要部件，作为工作制动和安全制 动时用。因此该部件不仅要求结构紧凑，重量轻，而且要求安全可靠，动作 灵敏lo四、液压站：液压站主要用于控制制动器，主要有以下特点：产生压力可以调节的制 动油从而控制制动器以获得不同的制动力矩；能使制动器迅速同油，并可产 生二级安全制动及一级安全制动；产生压力油，控制双筒提升机调绳装置（即 离合器的开合）。五、润滑系统：减速器轴承、齿轮及主轴承的润滑油均由润滑油站集中供给，其结构主 要由齿轮油泵、薄片过滤器，旋塞、电接点压力表、供油指示器、管路等组 成。润滑油站的齿轮泵装置有两套，其中一套为备用。过滤器应定期清洗。六、深度指示器：深度指示器是矿井提升机的一个重要部件，其用途有如下几点：指示提 升容器在井筒中实际位置；发送减速和过卷讯号；进行限速保护。本例提升 机所配为牌坊式深度指示器：主要由深度指示器和传动装置组成。七、测速发电机：测速发电机装置，主要由直流电机、三角皮带轮、三角皮带、护罩等组 成。其主要作用如下：随提升机减速轴的实际转数发出相应的直流电压给斜 面操纵台上的直流电压表，反映容器的实际速度；为限速保护和起速保护继 电器等提供直流电源。八、联轴器：本例提升机采用两种联轴器，主电机与减速器高速轴采用蛇形弹簧联轴 器，此种联轴器能减少机器运转时冲击，卷筒主轴与减速器低速轴之间采用 齿轮联轴器，此种联轴器传递扭矩大，并能补偿两轴安装时的微量偏斜和不 同心，上述两种联轴器内必须加润滑脂以减少磨损。九、调绳联锁装置：该装置用于调绳时发出信号，告诉司机离合器“合上”或“离开”位置,以及和液压站安全阀联锁。2.2 工作原理如图2-1所示，在主机也就是井筒的两端，一端是电机，一端是机械深 度指示器，本设计采用牌坊式深度指示器。牌坊式深度指示器的结构：由四 条支柱、两条丝杠、两个圆盘及数对齿轮、蜗轮、蜗杆等组成。其中电机为 主轴提供动力，矿井提升机主轴的旋转运动，由牌坊式深度指示器传动装置 经过齿轮对传给丝杠，使两根直丝杠相反方向旋转，带动两左旋转梯形螺母 一上一下作相反的直线运动，分别代表主井和副井的位置，运行同时可发送 位置信号.图27提升机机械原理示意与电机相连的有转子控制柜和高压换向柜，它们分别接收来自主令控制 柜和制动电源柜的控制信号。转子控制柜通过串-切电阻来实现调速，高压换 向柜实现对电机正反转的控制。操作台通过人为或程序控制主令柜。在辅助控制系统中，来自主令控制柜的信号控制液压站和润滑站的工作,保证提升机有效可靠的运行。第3章串电阻调速系统3.1 串电阻调速系统原理提升机的主电动机采用绕线型异步电动机，通过其转子轴上的滑 环，向转子绕组回路接入电阻，以便进行起动和调速。对电控系统进行局部 的修改、完善，根据我国国情，按照可靠性系统工程的原理，对现有的提升 电控系统进行综合分析、评价，尽量采用国内外的新技术成果，形成一套较 为完整的改造方案及适用的换代产品。根据现有的经济条件，对绕线异步电 机串电阻的调速部分的电路，采用无触点的PLC系统代替原有触点的继电器 逻辑控制系统，提高系统的安全性及可靠性，充分利用PLC的多种功能，进 一步改善控制性能，防止控制系统的内外部干扰。使提升控制系统的速度图 达到如图3-1所示的理想状态。图1“理想速度Fis 1-2 Ideal speed图37理想速度三相异步电动机转速公式为(3-1)式：n=60f/p(1-s)(3-1)从上式可见，改变供电频率心 电动机的极对数p及转差率s均可达到 改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动 机的同步转速或不改变同步转两种。矿井提升机是转子串电阻调速。为确保有足够的拉力，串电阻调速属于 恒转矩调速。恒转矩调速是指电机高速、低速时输出转矩一样大，即高速时 输出功率大，低速时输出功率小。恒转矩的特点是，不管电机的转速快还是 慢，其转矩不变。从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效 调速时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转 差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调 速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；一般来说转差损耗 随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机 在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简 单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械 特性较软。3.2 串电阻调速程序因为继电器工作于高压状态，触点闭合时会有高压电弧产生，因此需要 做消弧处理，串电阻调速消弧处理程序如图3-2所示：T30 KI切除第1。级电阻延 时T29 K2切除第9级 电阻延时T28 K3切除第8级 电阻延时T27 K6切除第7级 电阻延时T26 K10切除第6级 电阻延时T25 K13切除第5级 电阻延时T24 K15切除第4级 电阻延时T23 K25切除第3级 电阻延时T22 K20切除第2级 电阻延时T21 K10切除第1级 电阻延时图3-2串电阻调速消弧程序图3-3为串电阻调速程序:M26610SJM262 9SJM258 8SJM254 7SJM250 6SJM246 5SJM2424SJM238 3SJM234 2SJM2301SJ3Y023 M92T I-电气匐动1町度制1-K1 M234 M929 Y010A二X速M除与第2档 转子电阻-(YOU 切除二级 转子电阻819 切2级电阻 指示-K12700Y012Sai-转子电阻今M107 X014 M242 M246 M250 M254 M262L-M-_I I-1 I-1 I-1 I-1 卜加速电流电希险2吸4SJ 5SJ 6SJ 7SJ 9SJ继电器 合Y023 M95I I-电气M动2VJX 1根制1Y023 M98T I-电气电动1控制1-K1 今M242 Y012转子电阻-(Y013切除四级 转子电阻821 切4级电阻 指示-K1 274514F%阻 廿电 T除子-切尚M246 Y0135SJ 切除四级转子电阻014切除五级 转子电阻M107 X014 M262 M266 M250 M254 M258L-if-11-11-11-11-1 M加速电流电窗何2吸9SJ 10SJ 6SJ 7SJ 8SJ维电器 合27622776M320 Y016合转子电阻X014 Y015 M254r14-1 I-也存岛2吸切除六级Tsr转子电阻-(Y015切除六级 转子电阻Y016切除七级转子电阻合M107 X014 M258 M262-1|-1 卜加速电流电带附2吸8SJ 9SJ 继电器 合M2661OSJM320 Y0172789合转子电阻X014 Y016正机吸切除KM258-转子电阻Y017切除八级 转子电阻M107 X014 M262 M266-K-11-1 I加速电流电第附2吸9SJ 1OSJ继电器 合2801K1300 Y020切除九线 转子电阻Y023电气制动根制1M41低速维电 器图3-3串电阻调速程序第4章提升机电控系统构成4.1 引言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、操作台），提升机 电控系统构成如图4-1所示。图4-1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，包括提升机信号系统工作情况、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。因该控制线路大体可分为主回路、测速回路、安全回路、调绳闭锁回路、控制回路、可调闸控制同路、减速阶段过速保护控制回路、动力制动控制问 路、自整角机深度指示器回路和辅助回路等10个部分，现分述主回路、测速 回路、安全回路和控制回路。4.2 主回路主回路用于供给提升电动机电源，实现失压、过流保护，控制电机的转 向和调节转速。主回路由高压开关柜、高压换向器的常开触头、动力制动接 触器的常开主触头、动力制动电源装置、提升电动机、电机转子电阻、加速 接触器的常开主触头和装在司机操作台上的指示电流表和电压表等组成。地 面变电所送来的二路6KV电源，一路工作，一路备用，经高压开关柜的隔离 开关GLK、油开关、高压换向器线路接触器的主触头、正向（或反向）接触器 后到主电机的定子。在高压开关柜内还设有电压互感器YH,失压脱扣线圈 SYQ,电流互感器LH和过流脱扣线圈GL,用于失压或过流保护。在SYQ线圈 同路中还串联接有紧急停车开关和换向器室栏栅门闭锁开关。用以人为的产 生安全制动。当人员进入高压换向器室时栏栅门闭锁开关起安全闭锁作用。在LH回路中串入三相电流继电器，它有三个电流线圈，用来反映启动过程 中电动机定子电流的变化，与时间继电器IsJ10sJ配合，共同调节启动过 程中的速度，实现以电流为主时间为辅的自动启动过程。高压换向器由XLC.ZC.FC等三组接触器组成，用以改变主电机的旋转方 向。正转时，XLC.ZC工作，反转时XLC.FC工作。电动机转子回路接有外加金属电阻和加速晶闸管，用来获得电动不同的 人工特性。4.3 测速回路测速回路就是把提升机的实际速度测量出来并转化为电量，以供给速度 回路和一些以速度为函数的电器控制元件。在传统的提升机控制中，速度信号的获得都来源于测速发电机，为模拟 信号量。在PLC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AT之比即为速度。基于这一原理，利用PLC具有软件可设置中断功能，通 过中断程序来测速。在测速回路中，有光电编码器，它与提升机主轴相连。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：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。对光电编码器输出的脉 冲计数可产生三个功能：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 以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：3o回路中还有低速继电器。它主要用于低速爬行。当提升机速度减小至继 电器释放值时，它可以使高压换向器二次给电，提升机再次加速，当速度升 高至其的吸合值时，它又使高压换向器（接触器）断电，切断电源而减速，由 此实现脉动爬行。另外，3个速度继电器，其触头分别接于加速接触器回路，以便在动力 制动时按速度原则节转子电阻。为了使提升重物时动力制动减速和下放重物 时动力制动加速，切换速度均能在特性曲线的临界值附近。4.4 安全回路安全回路用于防止和避免提升机发生意外事故。安全回路中串有很多保 护触头，当提升机工作不正常时，其中任一个触头打开，就产生安全制动。主要包括通过软件和硬件设置的有关提升机连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：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，断开安全问路。5）制动油压高保护 液压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判断后安全问路断开。7）等速超速 当提升机运行速度超过最大速度的15%时，PLC判断后断 开安全问路。8）PLC输出安全制动继电器 当PLC判断系统发生重故障时（PLC内安全问路断开时），相应继电器失电，安全同路断开。9）减速过速保护 减速过程中，若提升机运行超速，安全同路断开。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，安全同路断开。H）过卷复位开关 当提升容器过卷后，若继续开车，应根据容器的过卷 方向选择过卷复位开关的位置，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，过卷复位开关重新扳回工作位置。另外还有断轴保护、弹簧疲劳，闸瓦磨损开关、松绳保护、制动电源保 护、调绳联锁等保护。4.5 控制回路采用单相220V交流电源，由一接触器的常开触头控制通断。安全接触器和加 速接触器的线圈都设置相交流电源靠近零线一侧，这可保证某些接点或导线 绝缘损坏对地短路时，安全接触器立即断电，进行安全制动。时间继电器均 采用直流220V。控制回路包括信号回路、电机正反转回路、动力制动接触器 回路、低频制动接触器回路、转子电阻控制回路。4.5.1 信号回路提升机的信号主要来自光电编码器、井筒磁开关、深度指示。其中光电编码器和深度指示器分别在4.3节和2.1节介绍过，因此不再赘 述。井筒磁开关用于对位置信号进行校正。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。当容器1和容器2向上通过各自井筒 磁开关时，发出深度指示信号，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，是减速阶段的计数值更加准确可 靠。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。4.5.2 电机正反转回路正反转换向回路由正反转换向接触器线圈和线路接触器线圈各保护元件的接 点、方向继电器接点以及两个选择方向的主令控制器触头组成，用以安全地 实现接通或断开提升主电动机的电源，并改变其旋转方向，实现自动爬行 等。电机正反转回路有自动换向回路和手动换向回路。自动换向回路用于自 动化提升。在本控制线路中，自动换向回路不能进行自动换向和自动启动，只能自动控制正反转接触器到停车位置时切断电源，并防止司机因操作方向 错误可能造成的过卷事故。自动换向回路中，有两个方向继电器，它受装于 井架上的终点开关控制。当提升机反向运转终了时，容器碰撞，其常闭触头 打开，常开触头闭合。手动正反转回路中，常开触头闭合，提升机只能正转，同时实现闭锁。反方向运行时，情况相同。无论正反转时，即使司机误操作 也保证不会发生事故。4.5.3 制动回路制动回路主要包括可调闸控制以及二级制动控制。在通常工作状态下，可调闸控制用于保证司机根据需要时调整工作制动 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 减速阶段时，可调闸限速控制自动投入以保证提升机安全减速。可调闸控制 主要有两部分组成：一是可调闸逻辑控制，确定是否敞闸；二是可调闸油压 控制，确定敞闸大小。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通过调整井筒开关位置而定。4.5.4 转子电阻控制回路转子控制回路由三相电流继电器，时间继电器，中间继电器，主令控制 器触头等组成。电流继电器有三个电流线圈，用来反映启动过程中定子电流 的变化，它的常开接点与时间继电器配合，共同调节启动过程中的速度，用 以实现以电流为主附加时间校正为原则的自动或手动控制。在预备级电阻上,电动机定子电流很小，继电器不动作，因此，预备级电阻的切除是按时间原 则切除的。16个中间继电器，用以控制转子电阻的切除和接入。在加速阶段 它受1SJ10SJ时间继电器的触头以及主令控制器触头的控制，可以实现以 电流为主附加延时以及人工控制的加速过程。线圈回路中还有常开触头，这 些触头起闭锁作用，实现顺序切除电阻。当电动机减速时，再将电阻依次加 入到电动机转子，使电动机产生的转矩下降，得到一定的减速度。1SJ10SJ 为时间继电器，用以控制加速接触器1ZJ10ZJ的延时，时间继电器受电流 继电器常开触头控制，在启动过程中，只有当启动电流降到电流继电器整定 和释放值时其触头才能打开，延时继电器才能断开，经整定时限后控制中间 继电器，若启动电流没有降到规定的释放值，电流继电器触头仍然闭合，相 应的加速接触器就无法切除电阻，防止了因切换电阻过早而造成启动电流过 大的情况，由于延时继电器是直流继电器，故将交流电源经铁磁稳压器后再 经桥式整流器整流，并经电容滤波后再接至各延时电器回路。4.6 监控系统4.6.1 上位机1.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具实际参数、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，简称为上位机监控系 统。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：2.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，已达到监控目的。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。图4-2上位机的一般构成3.主要监控画面监控系统形成后，可根据需要，随时切换当前工作画面。主要监控画面有：系统概貌，提升机实时运行状态，实时运行速度，安全回路，提升信号，液 压站电磁阀工作状态等等。4.6.2操作台操作台上有两个手把，在司机左边的叫制动手把，在司机右边的叫操 纵手把，其作用是操纵主电流启动、停止、正反向转等用。斜面操纵台的斜 面上装有两个油压表，12个讯号灯及五个电表，平面右侧装6个主令开关，在 操纵台底部右侧装有一个脚踏开关，当机器在运转中发生紧急故障时，踩下 此开关，切断高压电网，使主电机脱离高压电网，同时实现安全制动。第5章PLC操作主控系统原理及应用可编程控制器（PLC）是一种数字运算、操作的电子系统，专为工业环境 下的应用设计。它采用可编程序控制的存储器，存储并进行逻辑运算、顺序 控制、定时、计数和算数逻辑运算等操作指令，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，通用性强，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。下面对可编程逻辑控制器的各主要单元进行简介。5.1 PLC系统组成主控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。5.2 各单元基本特点1）电源单元：电源输入电压100240VAe.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，是程序设计的载体。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“STOP”或“RUN”方式。其中“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”）。3）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 信号显示。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。4）数字量输入单元：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、可控硅输出、晶体管输出。5）模拟量输入单元：模拟量输入单元将现场过程来的模拟信号（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。6）模拟量输出单元：PLC进运算结果（数字量）通过模拟输出单元转化 为现场过程能够执行的模拟信号（电压或电流信号）。7）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。电角度的脉冲信号送入高速计数模块。这两路信号可以防 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、二级自动解除点 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。8）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，也可大幅度降低 施工成本，并且便于系统的管理。第6章技术经济性分析TKD-NT单绳缠绕式矿井提升机采用串电阻调速，利用继电器-接触器构 成逻辑控制装置。对于继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可 靠性差，动作速度慢，功能少，难于实现较复杂的控制。继电接触器控制系 统虽有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触点，使设备连线复杂，且 触点在开闭时易受电弧的损害，寿命短，系统可靠性差。特别是由于它是靠 硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象需要改变时，原有的 接线和控制盘（柜）就要更换，所以通用性和灵活性较差。通过继电器-接触器 去切除电动机转子电阻，使电动机不能匀速运行，对启动阶段电能损耗较大,当要求频繁启动或不同运行速度的多水平时就更为不经济。电动机起动时，往往产生47倍额定电流的起动电流。由接触器或断路器来控制，电器的触 头则能承受起动电流的接通和分断考核，即使是可频繁操作的接触器也会引 起触头磨损加剧，以致损坏电器，也会产生电流冲击使电网电压的波动加大 并导致畸变。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储 器件来完成，大部分继电器和繁杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可 靠性大大提高。因此，采用PLC控制减少系统的故障率和维修率，提高系统 的经济效率。目前，在中国市场上最具竞争力的西门子公司、三菱公司、欧姆龙公司、AB公司所推出的PLC均为从小到大全系列的产品，可以满足各种各样的要 求。三菱中型PLC领域的技术优势，有极丰富的指令集，具有强大的多种集 成功能和实时特性，其性能价格比非常高，所以它在各行各业中的应用得到 迅速推广，在规模不太大的控制领域是较为理想的控制设备。PLC可编程控制系统，是目前国内先进的控制系统。本系统采用提升信 号和操车控制系统一体化，增强了系统在各种作业条件下控制的可靠性，监 测的准确性，现场使用的灵活性，提高了提升机的工作效率。本次设计对矿 井提升机电控系统的技术改造，实现了提升机及提升系统自动化运行，取