提升信號(hào)系統(tǒng)及主控系統(tǒng)
一、概述
提升機(jī)電控系統(tǒng)及信號(hào)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℃
比較低溫度:-15℃
? 海拔高度: ≤2000m
三、技術(shù)方案及要求
1) 主控系統(tǒng)與信號(hào)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(hào)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(zhǎng),且誤碼率很?。豢闺姶鸥蓴_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(mén)、搖臺(tái)、阻車(chē)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(hào)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(chē)、減速停車(chē)或到停車(chē)位后不允許再次開(kāi)車(chē));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(duì)通訊產(chǎn)生的影響,解決了井口的雷電通過(guò)通訊線進(jìn)入提升系統(tǒng),造成設(shè)備的損壞。
2) 井口信號(hào)臺(tái)與各中段信號(hào)箱采用現(xiàn)場(chǎng)總線光纖通訊方式,井口信號(hào)臺(tái)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(jí)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(hào)打點(diǎn)流程分為:井口信號(hào)、中段信號(hào)、應(yīng)急信號(hào);其中中段信號(hào)又分為直發(fā)信號(hào)和轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)兩種。
井口信號(hào):即只有井口具有控制權(quán)限,各個(gè)中段沒(méi)有打信號(hào)的權(quán)限。中段有急停控制權(quán);停車(chē)控制權(quán)(減速停車(chē));在容器到達(dá)本中段且停車(chē),允許操作操車(chē)部分(油泵啟動(dòng)、安全門(mén)、搖臺(tái)、阻車(chē)器、推車(chē)機(jī)等)。
中段直發(fā)信號(hào):即提升容器所在罐位中段有控制權(quán)限,其他中段均無(wú)控制權(quán)包括井口。
中段轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào):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(hào)需要經(jīng)過(guò)井口轉(zhuǎn)發(fā)后,主控系統(tǒng)才能收到開(kāi)車(chē)信號(hào)。
應(yīng)急信號(hào):通過(guò)硬件點(diǎn)鈴的方式,發(fā)出脈沖信號(hào)直接給主控;在信號(hào)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障,無(wú)法快速恢復(fù)時(shí)使用,不能長(zhǎng)期使用,僅作為應(yīng)急使用。
l 信號(hào)邏輯控制
1) 井口操作臺(tái)設(shè)有提升種類(lèi)選擇開(kāi)關(guān):A提人、B提礦石/廢石、C提物等。
2) 井口操作臺(tái)設(shè)有井口/中段選擇開(kāi)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(hào)可以由井口信號(hào)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(hào),由井口轉(zhuǎn)發(fā)),當(dāng)選擇中段控制時(shí),信號(hào)由中段信號(hào)箱發(fā)出,井口轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào);當(dāng)選擇井口控制時(shí),信號(hào)直接由井口發(fā)出。兩種方式下,操車(chē)系統(tǒng)的連鎖關(guān)系均存在。
3) 各中段安全門(mén)、搖臺(tái)、阻車(chē)器與信號(hào)系統(tǒng)的連鎖關(guān)系:當(dāng)各中段的安全門(mén)開(kāi)關(guān)到位、搖臺(tái)升到位、阻車(chē)器合到位的信號(hào)都接收到時(shí),信號(hào)才允許被轉(zhuǎn)發(fā)出去。當(dāng)信號(hào)已經(jīng)發(fā)出后,各到位信號(hào)消失時(shí),應(yīng)通過(guò)絞車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行連鎖判斷。絞車(chē)系統(tǒng)的連鎖關(guān)系如下:
a) 當(dāng)發(fā)生安全門(mén)關(guān)到位信號(hào)、阻車(chē)器合到位信號(hào)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(wèn)題才能進(jìn)行下次提升。
b) 當(dāng)發(fā)生搖臺(tái)起到位信號(hào)消失時(shí),延時(shí)0.5秒(信號(hào)確認(rèn)時(shí)間),如果判斷起到位信號(hào)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(hào)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(wèn)題才能進(jìn)行下次提升。
c) 如果確認(rèn)到位信號(hào)消失為誤報(bào)信號(hào),那么可以在井口信號(hào)臺(tái)的人機(jī)界面或者車(chē)房控制臺(tái)的人機(jī)界面上對(duì)誤報(bào)的設(shè)備單獨(dú)屏蔽。排查找到誤報(bào)信號(hào)原因處理好后,解除屏蔽。
4) 中段選擇去向后,系統(tǒng)會(huì)判斷去向是否有效,有效的判斷:當(dāng)去向中段信號(hào)在所發(fā)提升信號(hào)指向前方時(shí)為有效,在所發(fā)信號(hào)指向后方時(shí)無(wú)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(hào)顯示
1) 鎖罐器:起到閉鎖開(kāi)車(chē)、允許操車(chē)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(hào),不允許開(kāi)車(chē),同時(shí)信號(hào)系統(tǒng)允許對(duì)操車(chē)進(jìn)行操作如:油泵啟動(dòng)、安全門(mén)打開(kāi)、搖臺(tái)落下等操作。當(dāng)所有設(shè)備操作完成,發(fā)車(chē)去下個(gè)中段信號(hào)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(duì)操車(chē)系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)的必要操作,可以減少信號(hào)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(guò)就近控制箱,進(jìn)行鎖罐、啟動(dòng)油泵、打開(kāi)安全門(mén)、落下?lián)u臺(tái)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(mén)、抬起搖臺(tái)、停止油泵、選擇去向、發(fā)出信號(hào)、解除鎖罐、提升機(jī)允許運(yùn)行等操作。
3) 信號(hào)顯示:用于顯示停車(chē)狀態(tài)、安全門(mén)狀態(tài)、搖臺(tái)狀態(tài)、阻車(chē)器狀態(tài)、中段信號(hào)點(diǎn)數(shù)、井口信號(hào)點(diǎn)數(shù)、罐位值、去向值;方便乘罐人員觀看信號(hào)系統(tǒng)的狀態(tài)。
五、主控系統(tǒng)說(shuō)明
1) 操作臺(tái)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(tái)面由指示儀表、指示燈、按鈕開(kāi)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(tái)。
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(rùn)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(kāi)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(kāi)關(guān)、手柄可做以下控制:正反向過(guò)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(tái)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(guò)信號(hào)輸入端口采集各種控制狀態(tài)及反饋信號(hào),模擬量模塊將采集到的各種信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理,然后通過(guò)輸出端口輸出模擬量控制信號(hào)。
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(guó)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(guò)輸入端口采集各種控制狀態(tài)及反饋信號(hào),經(jīng)運(yùn)算處理后通過(guò)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(jiǎn)易開(kāi)車(chē);
9) 全行程速度監(jiān)控,實(shí)際速度超過(guò)給定速度的8%預(yù)報(bào)警,超過(guò)給定速度的15%進(jìn)行安全制動(dòng);
10) 過(guò)卷監(jiān)控,實(shí)際過(guò)卷0.3m預(yù)報(bào)警,過(guò)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(kāi)車(chē)各種運(yùn)行方式的控制要求??刂葡到y(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(hào)系統(tǒng)信號(hào),通過(guò)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(chē),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(guò)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(chē)。
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(hào)系統(tǒng)給定的開(kāi)車(chē)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(chē),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(kāi)車(chē):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(kāi)車(chē),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(shuō)明
安全保護(hù)分為三類(lèi):排名靠前類(lèi):嚴(yán)重故障,立即斷開(kāi)安全回路實(shí)施安全制動(dòng);第二類(lèi),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(lèi)故障立即實(shí)施安全制動(dòng);第三類(lèi)為輕故障,允許一次開(kāi)車(chē),本次運(yùn)行結(jié)束后不維修好不能再次開(kāi)車(chē)。
排名靠前類(lèi):嚴(yán)重故障包括:等速過(guò)速、限速過(guò)速、包絡(luò)線超速、爬行段超速、高低壓電源故障、過(guò)流、變流器故障、錯(cuò)向、PLC故障、過(guò)卷、急停操作、網(wǎng)絡(luò)通訊故障、搖臺(tái)(或閘門(mén)、安全門(mén))在運(yùn)行中落下或打開(kāi)、2只測(cè)速元件同時(shí)損壞、井筒開(kāi)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(guò)高等等;
第二類(lèi):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(guò)大、制動(dòng)油路故障(油壓過(guò)高、堵塞)、閘瓦磨損、主回路過(guò)壓或接地或欠壓等等;
第三類(lèi):輕故障1只測(cè)速元件損壞、潤(rùn)滑溫度高、潤(rùn)滑油壓高/低、電機(jī)溫度報(bào)警、彈簧疲勞、閘盤(pán)偏擺、風(fēng)機(jī)失壓等等(如果有的話)
l 保護(hù)過(guò)程實(shí)現(xiàn)雙線控制方式,對(duì)提升機(jī)運(yùn)行關(guān)鍵的信號(hào)(如速度、容器位置、安全、減速、過(guò)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(duì)其他設(shè)備不產(chǎn)生危害性的干擾;經(jīng)過(guò)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(kāi)關(guān),實(shí)時(shí)檢測(cè)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(cè)到絞車(chē)運(yùn)行速度大于2米/秒時(shí),認(rèn)為絞車(chē)沒(méi)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(kāi)閘瞬間,有時(shí)由于電機(jī)力矩沒(méi)有建立起來(lái),造成礦車(chē)向相反方向溜車(chē),此時(shí)應(yīng)及時(shí)保護(hù)制動(dòng);另外,有時(shí)為了保證開(kāi)車(chē)方向與信號(hào)指示方向一致,例如當(dāng)信號(hào)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(kāi)車(chē)方向與信號(hào)要求不一致時(shí),出發(fā)保護(hù)制動(dòng)。
l 二級(jí)制動(dòng)解除保護(hù);為了減小對(duì)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(zhǎng)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(jí)制動(dòng)效果,而采取一次緊急制動(dòng),避免礦車(chē)沖出井口。
l 減速段超速保護(hù);提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,對(duì)減速段的檢測(cè)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(cè)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(cè)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(duì)電網(wǎng)電壓負(fù)向波動(dòng)的保護(hù)。
l 過(guò)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(cè),當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)預(yù)先設(shè)置的值時(shí),發(fā)報(bào)警信號(hào);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(cè),一旦超過(guò)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)。