可编程控制器在矿井提升机上的运用.pdf

第 3 2卷第 3期 2 0 1 4年 8月 中 国 锰 业 CHI NA S MANGANES E I NDUS TRY V0 1 ． 3 2 No ． 3 Au g ．2 0 1 4 可编程控制器在矿井提升机上的运用 谢子洪， 杨兴跃， 屠章云 云南文山斗南锰业股份有限公司， 云南 文山6 6 3 1 0 1 摘要 矿 井提升机是矿井运输的重要设备 ， 用作提升矿物和物料及设备等， 是 沟通矿 井上下的纽 带， 它不仅 关系到矿 山的正常安全 生产和生产效率 ， 而且直接影响上下人 员的生命财产安全。结 合云南文 山斗 南锰业股份有限公 司矿 山斜井提升特点 ， 采用增加、 修 改 P L C程序指令及修改 电气 线路 的方法， 解决了实际生产中存在的一些安全 问题 ， 提 高了提升机 的生产效率。 关键词 矿井提升机 ； 控制器； 信号 系统 ； 程序 中图分类号 T D 5 3 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 2 4 3 3 6 2 0 1 4 0 3 0 0 4 0 0 4 云南文 山斗南锰业股 份有 限公 司 以下简称 为 公司 副井提升采用 J K - 2 ． 5 2 ／ 2 0型单绳缠绕 式矿井提升机 ， 主要用于提运人员 、 矿渣 、 物料 、 器材 及设备。机械部分 由重庆泰丰矿山机械有限责任公 司生产制造 ， 电气控制系统 由河南洛阳源创 电气有 限公 司设计生产。全套提升电控主要由高压配电系 统 、 操作系统、 全数字传动系统及计算机监控系统组 成 。操作系统选用三菱公 司原装 P L C F X 2 N 系列 作为操作控制中心 ， 采用 P L C实现对提升机的工艺 控制和安全保护 ， 安全保护采用以软件 、 硬件多路安 全 回路实现多重保护 。从该提升机的总体技术性能 特点来讲， 具有运行平稳、 操作简单、 及时故障报警、 维护方便等优点。为了矿山提升机械的升级改造以 及提升斜井运输安全等 ， 还需对提升机 的控制 系统 及 P L C程序等不断修改和完善 ， 才能更好地满足公 司实际安全生产的提升要求。 1 电控系统工作原理 该矿井提升机传动系统采用西门子原装 6 R A 7 0 系列 的全数字直流调速装置 ， 实现磁场恒定 、 电枢换 向控制； 网络化操作系统采用三菱公司 F X 2 N系列 P L C控制 ， 配网络化控制的操纵台 ， 监控系统采用工 控机系列含大屏幕彩色显示器 、 彩色打印机。操作 系统、 调速系统及监控 系统之间进行系统通讯及信 号交换 ， 并预 留与矿山的调度局域网进行联 网的接 口， 具有远程诊断功能。系统工作原理见图 1 ⋯。 1打印机 ； 2上位监控 ； 3网络化操作台 ； 4操作系统 ； 5信号柱 ； 6信号 操作台； 7全数字传动； 8电枢回路； 9 ～ 3 8 0 V励磁回路； 1 0高压真空 开关柜 ； 1 1整流变压器 ； 1 2励磁变压器 ； 1 3电枢反向 ； 1 4快开 ； 1 5电抗器 ； 1 6主 电机 ； 1 7井筒 图 1 全数字直流提升机 电控 系统工作原理 2 系统的运用与实践 2 ． 1 紧急制动控制 系统出现重故 障时， 系统 自动实施 紧急制 动。 P L C依据提升容器的位置将紧急制动分为一级制动 和二级制动。当提升容器位于井筒中间时实施二级 制动 ； 当提升容器接 近井 口时实施一级制动。提升 机在运行过程中， 如有紧急情况时 ， 司机可按操作台 紧停开关来实现提升机紧急制动， 也可以由信号工 按下信号箱紧停开关来实现提升机的紧急制动 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 5 0 5 作者简介 谢子洪 1 9 7 8一 ， 男， 四川德阳人， 电气工程师， 研究方向 设备能源管理， 手机 1 3 5 7 7 6 1 0 2 8 8 ， E m a i l x z h y n d n my ． C 0 1／ 1 ． 第 3期 谢子洪 ， 等 可编程控制器在矿井提升机上的运用 4 1 2 ． 1 ． 1 信号紧急制动控制原理 原信号紧急制动控制原理见图 2 。 l Ol 图 2信号紧急制动控制原理 1 1 0 L DI 8 6 从图2可以看出， 当遇到紧急情况时， 信号工按 下信号箱紧急开关后， 继电器 K A 1 线圈得电， K A 1 触点吸合， 继电器 K A 2 线圈得电， K A 2触点吸合， 信 号传人 P L C输入单元， 最后使程序软件安全回路断 开 ， 提升机停止运行。 2 ． 1 ． 2 信号紧急制动控制的改进 在实际运用中， 曾多次 出现提升机提运人车时 ， 突然发生紧急制动而造成乘 车人员碰伤 的事故。后 经分析， 原因是工人在井下等待乘坐人车时， 无意问 碰触到信号箱紧停开关而导致 。 公司开始投运人 车时 已配备 人车声光信 号装 置， 提升机司机可按人车信号工发出的信号进行操 作 ， 斜井上安装有全程视频监控系统， 提升机司机随 时可观察人车在斜井中的位置和运行状态。当人车 在运行过程 中发生异常情况 时， 人 车信号工可 以操 作制动手柄 ， 人车即可实现 自动抱闸 ， 或者手持信号 发射机发出打点信号 ， 提升机司机即可进行相应 的 操作。其改进后的信号紧急制动控制原理如图 3 所示 。 1 01 1 0 2 至数控柜 从图 3中可 以看出， 在继 电器 K A1回路中串入 继电器 K A 0的常闭触点， 当提升机提物时， 转换开 关 S A触点 5 、 6闭合 ， 触点 1 、 2断开 ， 继电器 K A 0线 圈不得电， 其常闭触点处于闭合状态， 信号工可以操 作紧急开关来实现紧急停车； 当提升机提运人车时， 操作转换开关 S A， 转换开关触点 1 、 2闭合 ， 继 电器 K A 0线圈得电， 其常闭触点断开， 继电器 K A 1回路 被断开。此时， 即使井下信号箱紧停开关异常动作 ， 也不会引起提升机的紧急制动 ， 从而确保人 车的安 全运行 。 2 ． 2人车上、 下过卷和下减速程序 公司副井提升机安全回路采用冗余结构设计， 一 条是硬件 安全 回路 ， 另一 条是 P L C软件 安全 回 路， 任何一处安全回路检测到故障， 提升机均可停止 运行， 实现安全制动。硬件部分过卷保护由安装于 机械深度指示器上和井筒轨道上 的行程 开关来控 制， 软件部分过卷保护由 P L C程序指令来实现。提 升机上、 下减速 由安装于机械深度指示器上的霍尔 接近开关和 P L C程序深度值来 实现。由于 P L C原 程序的过卷和减速等保护是按提运物料来设计 的， 不能完全满足提运人车的安全要求， 因此需在 P L C 程序中增加相应指令 。 2 ． 2 ． 1 人车上过卷程序 2 0 1 2年下半年 ， 公 司为加快掘进速度 ， 将副井 矿渣提升容器翻斗式矿车更改为单侧 曲轨侧卸式矿 车 ， 并在井 口卸渣位置安装 了单侧卸载曲轨。 由于 单侧卸载曲轨本身的结构特点 ， 其本身仅能用于单 曲轨侧卸式矿车的卸载 ， 在提运人车或其他提升容 器时， 如果提升机司机操作稍有不慎 ， 则很有可能发 生人车或其他提升容器撞到单侧卸载曲轨上而导致 事故 。为消除此隐患 ， 可在 P L C程序上增加指令来 实现 ， 如 图4所示 。 M l 3 DK深度值 图 4 人车上过卷程序 图3 改进后信号紧急制动控制原理 从图 4的程序 中可 以看 出， 提升机提人时 ， 图 3 姗 咖 D D D D 4 2 中国锰业 第 3 2卷 中转换开关 s A触点 1 、 2接通， 使 P L C程序中x 1 1 7 接通 ， 当提升机司机误操作而使人车超过井 口停车 点继续 上行 时 ， D C深度 D 4 9 0或 D K深度 D 5 0 0数 值 一 5 0 0 c m即可使 M 2 0动作， 程序软件安全回路 断开 ， 达到过卷停机的目的。同样 ， 提升机在提运其 他非单曲轨侧卸式矿车时， 可通过使用提人转换开 关 ， 以避免提升容器发生跳轨等意外事故。 2 ． 2 ． 2人车下减速及下过卷程序 根据斜井的生产实际情况 ， 人车最下端候车点 暂定在井下倒数第 3 个中段。为预防人车信号装置 失效或提升机司机操作失误而使人车继续往下运行 ， 须在 P L C程序中增设人车下减速及下过卷程序L 2 ] 。 1 人车下减速程序 在 P L C程序 中增设 的人车下减 速程序如 图 5 所示。 D D4 9 O K 6 o D C深度值 D D5 o o K 6 0 DK深度值 DD4 9 0 K 4 7 D C深度值 D D5 o o _ 4 7 D K深度值 图 5 人车下减速程序 从图 5可 以看出， 在提运人车时 ， x1 1 7常开触 点闭 合 ， 常 闭 触 点 断 开 ， 当 1 9 4 9 0或 D 5 0 0深 度 值 一 4 7 5 0 0 c m时， 下减速继 电器 M 2 7得 电， 其 串 人减速程序的常闭触点断开 ， 提升机进入减速状态。 2 人车下过卷程序 在 P L C程序 中增设 的人车 下过卷程序如 图 6 所示 。 D4 q O - 6 D C深度值 D5 0 0 K一 6 6 DK深度值 D‘ 9 0 K 一5 2 D C深度值 D5 0 o K ． 5 2 DK深度值 图6 人车下过卷程序 M 2 l 下过卷 从图 6可 以看 出， 在提运人车时 ， X l 1 7常开触 点闭合， 当人车信号装置失效或提升机司机操作失 误而使人车继续往下运行时， D C深度 1 4 9 0或 D K 深度 D 5 0 0数 一 5 2 0 0 0 c m即可使 M 2 1 动作， 程序 软件安全回路断开， 提升机停止运行， 从而保证人车 不再继续往下运行。 2 ． 3 井下各中段减速程序的修改 公司副井提升机原各 中段减速程序原理如 图 7 所示 。 图 7 中段减速程序 从 图7可以看出， 需将提升容器下放到水平时， 提升机司机操作水平选择开关， X 1 1 1常开触点导 通， 选择反向后 ， 反 向继 电器 M 8 4 1常开触点导通 。 当提 升 容 器 在 下 放 中 D C 深 度 值 或 D K 深 度 值 一 3 5 0 0 0 c m， 减速继电器 M 6 1 0即导通 ， 提升 机开始减速。在提升时， 为预防提升容器从井下落 平点起步至加速之前跳轨 ， 提升机在进 入加速之前 仍然需要把钩工观察提升容器的运行状态 ， 发生跳 轨等情况时需及时打铃， 所以水平选择开关仍置于 该水平位置 ， X1 1 1常开触点 闭合 ， 提升机将一直处 于减速状态 ， 不能进行加速 。以往 的解决方法是待 提升容器往上运行超过该 中段岔机后 ， 停止提升机 运行 ， 将水平选择开关置于去井 口位置 ， 重新启动提 升机后方可加速。 为解决上述不能加速的问题 ， 可通过在各中段 减速程序中加入指令来现实， 如图8 所示。 D4 9 O K 一 3 0 D C深度值 D5 0 0 K一 ∞ DK深度值 D 4 9 o K一 3 6 D C深度值 D 5 0 0 K 一 3 6 DK深度值 图 8 修改后的减速程序 从图8 可以看出， 相比图5 而言， 提升机下放减 第 3期 谢子洪 ， 等 可编程控制器在矿井提升机上的运用 4 3 速程序并没有作修改 ， 只是在提升机提升减速程序 上增加相应指令 。即在 提升时要使程 序 中继 电器 M 6 1 0 线圈得电， 须同时满足 D 4 9 0 或 D 5 0 0 深度值 一 3 7 0 0 0 c m 这 2个条件。图 8中该中段停车点为 一3 6 6 0 0 a m， 当提升容器从该 中段落平点提升时 ， D 4 9 0或 D 5 0 0 深度值为 一3 6 6 0 0 c m， 继电器 M6 1 0线圈不得电 ， 提 升机可以加速。当提升机司机接到提升信号 ， 启动 提升机并手 动缓慢 将提 升容器 提升 至岔 机后 ， 提 升机无需进行停机 即可直接加速运行 。当提升容 器从该 中段 以下提 升至该 中段 时 ， 同样 能实现 自 动 减 速 。 生产实际， 首先对人车在使用过程 中偶尔出现紧停 而造成乘车人员碰伤的事故 ， 通过更改人车紧停信 号控制线路， 使提升人车时 自动断开井下各中段信 号箱紧停控制 ， 保留操作 台紧停控制 ， 解决了提升人 车时出现的紧停安全 隐患 ； 其次为了解决原减速程 序影响提升机生产效率 的问题 ， 以及完善各种提升 条件下提升机安全保护系统 ， 参照原程序指令 ， 在原 厂家 P L C程序的基础上， 增加了人车上下过卷和下 减速程序 ， 更改了提升机减速指令。通过以上实践 ， 不仅完善了提升机安全保护系统， 解决 了实际生产 中矿井提升的一些安全隐患问题 ， 而且提高 了提升 机的生产效率和安全技术性能。 3 结 语 参考文献 矿井提升机对整个矿 山的安全生产具有决定性 [ 1 ] 李仪钰 ．矿 山提 升运 输 机 械 [ M] ． 北 京 机 械工 业 出 版社 ， 的影响， 结合公司副斜井提升特点 ， 就信号系统存在 1 9 8 7 ． 的一些安全问题， 以及实际生产中 P L C程序存在的 [ 2 ]吴 国 珉， 徐 金 林，杨清 平， 等． 绞 车 操 作 工[ M ] ． 北 京 气 象出 版 不足 ， 从副井提升机硬件及软件 2个方面人手 ， 结合 社， 2 0 0 5 ． The Us e o f PLC i n t h e M i ne M a c h i ne XI E Zi h o n g， YANG Xi n g y u e， TU Z ha n g y un Y u n n a n W e n s h a n D o u n a n Ma n g a n e s e I n d u s t r y C o ． ， L t d ， Y a n s h a n ，Y u n n a n 6 6 3 1 0 1 ，C h i n a Abs t r a c t Mi n e h o i s t i s t h e i mp o r t a n t e q ui p me nt o f mi n e t r a ns p o r t a t i o n，a s wa s u s e d t o l i f t mi ne r a l s a n d ma t e ria l s a n d e q ui pme n t ，e t c ． I t i s t h e c o mmu n i c a t i o n l i nk o f mi n e u p a n d do wn． I t no t o n l y r e l a t e s t o t he mi n e s a f e p r o d uc t i o n a n d n o r ma l p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y，b ut a l s o d i r e c t l y a f f e c t s t he l i f e p r o pe rty s a f e t y o f t he s t a f f u p a n d d o wn．W i t h t h e mi n i n g i n c l i n e d c h a r a c t e ris t i c s o f W e n s h a n Do u n a n Mn i n d us t r y Co． ，L t d，we a d d a n d mo d i f y t h e PL C p r o g r a m i n s t r u c t i o n s a n d e l e c t r i c a l wi rin g me t ho d，a s ha s s o l v e d s o me s e c urit y pr o b l e ms i n pr a c t i c a l p r o d u c t i o n t o i mpr o v e t h e p r o d u c t i o n e ffi c i e n c y o f t h e e l e v a t o r ． Ke y wo r d s Mi n e h o i s t ；Co n t r o l l e r ；S i g n a l s y s t e m；P r o g r a m ，- ’ 。 。 。 ” 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 、 ● 中国锰业论文集 之“ 电解金属锰专辑” 上下册 ； ● 即将 出 版 欢迎订 阅 ；