CN101927937B - Plc控制式电动安全门 - Google Patents

Abstract

一种PLC控制式电动安全门，包括门框、门体以及安装在上横梁(2)上的电动机(9)和牵引绳驱动轮(11)，该牵引绳驱动轮上缠绕有牵引绳(6)，牵引绳(6)的一端绕过安装在上横梁(2)一侧的第二引导轮(8’)并连接到配重块(7)上，另一端绕过另一侧的第一引导轮(8)，向下穿过门体的一侧而延伸到门体的底部，并沿着门体的底部延伸到门体的另一侧，进而向上穿过门体并绕过第二引导轮(8’)固定到配重块(7)上，电动机(9)的正反转通过包括可编程序控制器的控制电路控制。由于该电动安全门采用采用由PLC控制的电动机驱动方式，安全门的开关操作平稳精确，工作可靠，故障率较低，有效地保证了煤矿立井提升作业的安全性。

Description

PLC控制式电动安全门

技术领域

本发明涉及一种电动安全门，具体地，涉及一种PLC控制式电动安全门。

背景技术

煤矿立井升降罐笼是输送矿井人员、物料和设备等的重要设备，在升降罐笼的进出口一般设有安全门，以防止人员、车辆等误坠入立井中。因此，安全门是煤矿立井的重要装置。

目前，国内煤矿立井的井口和井底安全门的开闭方式有人工手拉操作式、罐笼带动垂直升降式，液压驱动式以及气动控制式等。其中，多数煤矿立井的安全门采用人工手拉操作式，一些新建的矿井多采用液压油缸驱动方式。但是，这些型式的电动安全门均存在各自的缺陷，不利于矿井的安全生产。

例如，人工手拉操作式安全门需要人工操作，其影响工作效率，并且容易产生故障。再如，神华亿利黄玉川煤矿副立井交通罐笼安全门原设计采用液压油缸驱动安全门开关，但在实际使用时发现其可靠性较差，成本较高，故障频繁，并且在发生故障的情况下甚至会影响到罐笼操车系统的正常运行。

同时，这些安全门大多需要操作工人进行操作，不能根据罐笼的运行情况进行精确控制或远程控制，在使用中极其影响工作效率，并且工作不稳定可靠。

因此，需要对现有的煤矿立井安全门进行改造，以提供一种操作方便、工作可靠、控制精确的安全门。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种PLC控制式电动安全门，该电动安全门操作方便，工作可靠，并且能够实现精确控制。

为解决上述技术问题，本发明提供一种PLC控制式电动安全门，该电动安全门包括门框和门体，其中，所述电动安全门还包括安装在所述门框的上横梁上的电动机以及由该电动机驱动的牵引绳驱动轮，该牵引绳驱动轮上缠绕有牵引绳，该牵引绳的一端绕过安装在所述上横梁一侧的第二引导轮并连接到配重块上，另一端绕过安装在所述上横梁另一侧的第一引导轮，向下穿过所述门体的一侧而延伸到所述门体的底部，并沿着所述门体的底部延伸到该门体的另一侧，进而向上穿过所述门体的另一侧绕过所述第二引导轮固定到所述配重块(7)上，所述电动机的正反转通过包括可编程序控制器的控制电路控制。

通过本发明的上述技术方案，由于本发明的电动安全门采用电动机来驱动安全门的开关操作，因此无需人工推拉安全门，操作相对方便，同时其采用电动机驱动方式，安全门的开关操作平稳，工作可靠，故障率较低，有效地保证了煤矿立井提升作业的安全性。并且，由于本发明的电动安全门采用PLC有效地控制电动机的正反转。显然，通过PLC的程序控制原理，可以有效地实现电动机正反转的精确控制，例如能够精确有效地控制电动机正反转的延续时间等。此外，该电动安全门结构简单、成本低廉，具有较好的实用性。有关本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明具体实施方式的电动安全门的示意图；

图2是本发明优选实施方式的PLC控制电路的原理图；

图3是本发明具体实施方式的PLC控制式电动安全门的控制连接框图；

图4是本发明的PLC控制式电动安全门的可编程序控制器所采用的示例性的关键程序段的梯形图；以及

图5是本发明的PLC控制式电动安全门的可编程序控制器所采用的示例性的关键程序段的梯形图。

附图标记说明

1门框立柱               2上横梁

3引导槽                 4栏杆

5锁链                   6牵引绳

7配重块                 8第一引导轮

9电动机                 10蜗轮蜗杆机构

11牵引绳驱动轮          12导向轮

13安全门开到位传感器    8’第二引导轮

14安全门关到位传感器    FR：热继电器

KM1：第一接触器         KM2：第二接触器

K1：电源开关            L1、L2、L3：电动机电源

KA1：PLC的第一输出继电器

KA2：PLC的第二输出继电器

Q14.4：PLC的常开触点    Q14.5：PLC的常开触点

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明的电动安全门为上下提拉式安全门。如图1所示，该电动安全门包括门框和门体，其中，门框可以由两根门框立柱1以及上横梁2连接而成。优选地，门框立柱1上可以形成有引导槽3，所述门体可滑动地安装到该引导槽3内，这样在所述门体上、下升降时可以对所述门体进行引导，从而更便于门体的上下升降。

所述门体3可以采用多种形式的门体，但是优选采用图1所示的门体，该门体包括平行设置的多根栏杆4(在图1中为五根栏杆)，该多根栏杆4采用锁链5相互连接，优选地采用两根锁链5相互连接。所述锁链5可以向上延伸到上横梁2并固定到该上横梁2上。这种门体的优点在于，由于锁链5柔性连接于各个栏杆4，因此在通过下述的牵引绳6提升所述门体时，首先提升的是最底部的栏杆4，进而逐步提升其它各个栏杆4，因此能够使得电动机9逐步负载，改善提升操作的平稳性。

所述电动安全门还包括安装在上横梁2上的电动机9以及由该电动机9驱动的牵引绳驱动轮11，电动机9的输出轴可以通过多种公知的机构驱动牵引绳驱动轮11旋转，例如，可以通过蜗轮蜗杆机构10进行减速以将电动机9的动力输送到牵引绳驱动轮11上。所述电动机9可以是交流电动机或其他类型的电动机。所述牵引绳摩擦轮11可以是摩擦轮或其它型式驱动辊，其只要能够达到驱动牵引绳6的目的即可。

牵引绳驱动轮11上缠绕有牵引绳6，优选地，该牵引绳6可以在牵引绳驱动轮11上缠绕三至五圈。

该牵引绳6的一端绕过安装在上横梁2一侧的第二引导轮8’并连接到配重块7上，优选地，牵引绳6的一端可以同时经由安装在上横梁2一侧的第二引导轮8’和导向轮12连接到配重块7上，该导向轮12用于增大配重块7与门框立柱1的距离，以防止配重块与门柱摩擦。

牵引绳6的另一端绕过安装在上横梁2另一侧的第一引导轮8，向下穿过所述门体的一侧而延伸到所述门体的底部，并沿着所述门体的底部延伸到该门体的另一侧，进而向上穿过所述门体的另一侧绕过所述第二引导轮8’(在设置有导向轮12的优选实施方式下同时绕过导向轮12)固定到所述配重块(7)上。在图1所示的优选实施方式中，牵引绳6的另一端可以向下穿过各个栏杆4的一侧(显然各个栏杆4的一侧形成有供牵引绳6穿过的通孔)，并延伸到最下侧栏杆4的底部，进而沿着该最下侧栏杆4的底部延伸到门体的另一侧，并向上穿过各个栏杆的另一侧(显然各个栏杆4的另一侧也形成有供牵引绳6穿过的通孔)，直至绕过所述第二引导轮8’和导向轮12固定到所述配重块7上。

所述牵引绳6可以是钢丝绳或者符合使用目的的其它类型的缆索。

优选地，门框立柱1上可以设置有安全门开到位传感器13和安全门关到位传感器14，该安全门开到位传感器13和安全门关到位传感器14向所述可编程序控制器传输信号，以为PLC的精确控制提供相应的程序运行信号。

以下结合图1描述本发明的电动安全门的操作过程。

参见图1，当需要使得电动安全门打开时，驱动电动机9正转，电动机9驱动牵引绳驱动轮11顺时针方向旋转，牵引绳驱动轮11牵拉牵引绳6，在右侧配重块7的牵引下，从而门体的各个栏杆4在两边门梁的导向下向上运动，安全门打开。在需要使得电动安全门打开时，驱动电动机带动牵引绳驱动轮11逆时针旋转，从而通过牵引绳6将门体的各个栏杆4放下，以将电动安全门关闭。

以下描述通过PLC控制电动机正反转的控制电路。

参见图1，本发明的通过PLC(可编程序控制器)控制电动正反转的控制电路在电路结构上主要包括三部分，即电动机供电电路、主控制电路以及PLC控制电路。

电动机供电电路即图1中左侧的电路部分，其与现有技术中控制电动机正反转的电路基本类似，即电动机9(例如三相异步电动机，对于煤矿井下或有易燃易爆场合可以使用防爆型三相交流异步电机)经由第一接触器KM1的主触点和第二接触器KM2的主触点电连接于电动机电源(三相电源)，在该电动机供电电路中，第一接触器KM1的主触点和第二接触器KM2的主触点与电动机的三个相线的连接关系是公知的，其中第一接触器和第二接触器的主触点一般为常开触点。此外，该电动机供电电路中可以连接有电源开关K1。

主控制电路即图1中的右上侧电路部分，该主控制电路包括并联的第一线路和第二线路，其中第一线路包括依次电连接的第一输出继电器KA1的常开触点、第二接触器KM2的常闭辅助触点以及第一接触器KM1的线圈，所述第二线路包括依次电连接的第二输出继电器KA2的常开触点、第一接触器KM1的常闭辅助触点以及第二接触器KM2的线圈。该主控制电路的工作电压可为220V或380V，若选用的接触器线圈电压为380V可以将图1中的a、b端连接到三相电源的其中两根相线即可。对于井下660V电源电压情况，可使用一控制660V/220V，150VA变压器即可实现上述功能。

PLC控制电路即图1中的右下侧电路部分，该PLC控制电路包括所述可编程序控制器，该可编程序控制器的输出端电连接的第一输出继电器KA1的线圈和第二输出继电器KM2的线圈，在图1中，Q14.4和Q14.5代表PLC的常开触点，这种触点与通常的物理触点不同，其属于PLC的一种“软触点”，其开合状态一般通过PLC程序控制。PLC控制电路可以采用24V的工作电压。

优选地，本发明的上述通过PLC控制电动正反转的控制电路还可以包括热继电器FR，该热继电器的发热元件连接到所述电动机供电电路中，动断触点连接于所述主控制电路中。

以下结合图2描述本发明的控制电路控制电动机正反转的操作过程。

参见图2，当需要使得电动机9正转时，通过PLC控制PLC的常开触点Q14.4闭合，第一输出继电器KA1的线圈得电，相应地第一输出继电器KA1的常开触点闭合，从而第一接触器KM1的线圈得电，相应地其常开主触点闭合，使得电动机得电正转，常闭辅助触点断开，以防止第二接触器KM2的线圈得电而造成电动机供电电路短路。

当需要使得电动机9反转时，通过PLC控制PLC的常开触点Q14.4断开，同时使得常开触点Q14.5闭合，第二输出继电器KA2的线圈得电，相应地第二输出继电器KA2的常开触点闭合，从而第二接触器KM2的线圈得电，相应地其常开主触点闭合，使得电动机翻转，常闭辅助触点断开，以防止第一接触器KM1的线圈得电而造成电动机供电电路短路。

由上可见，通过本发明的上述通过PLC控制电动机正反转的控制电路，由于所述主控制电路中连接有第一输出继电器KA1的常开触点和第二输出继电器KA2的常开触点，而第一输出继电器KA1和第二输出继电器KA2的线圈在PLC控制电路中又受到PLC的控制，从而可以通过PLC控制第一输出继电器KA1的常开触点和第二输出继电器KA2的常开触点的打开和闭合，因此能够通过主控制电路有效地控制电动机的正反转。显然地，通过PLC的控制，可以有效地实现电动机正反转的精确控制，例如能够精确有效地控制电动机正反转的延续时间。

此外，上述图2中显示的控制电路仅是示例性的，通过PLC的输出继电器方式可以形成多种符合本发明使用目的的控制电路，其均属于本发明的技术构思范围之内。

上述描述了本发明的PLC控制式电动安全门的主要技术构思，在煤矿立井的安全门改造过程中，其可以兼容性地采用罐笼操车系统的PLC控制柜。参见图3的控制连接框图，一般可以在内置有PLC的PLC控制柜上连接副信号箱，副信号箱上的具有各种操作按钮，此外，PLC控制柜上还可以连接相应的传感器，例如上述的安全门开到位传感器13和安全门关到位传感器14、安全门开传感器和安全门关传感器等。该PLC控制柜连接到到动力柜上，动力柜进而连接到电动机9上，从而驱动牵引绳驱动轮11。

以下以西门子S7-300PLC为例给出PLC所使用的关键梯形图程序段，以供本领域技术人员参考，并满足充分公开的要求。

参见图4和图5(其中的文字为程序的解释语，便于阅读程序)，为了不影响提升信号系统的正常运行，本程序采用了PLC输出模板的备用信号Q14.4——安全门落命令和Q14.5——安全门起命令，输入信号有正常到位的“安全门关闭到位——I3.0”、“安全门开启到位——I4.4”、“闭锁开关安全门——I4.3(常开点用于开安全门，常闭点用于关安全门)”和检修时的“检修模式——I 4.7”、“检修安全门开按钮——I 4.5”、“检修安全门关按钮——I 4.6”信号。

在程序上，使用了PLC信号系统程序上的“T21——井口罐到位输入延时”点和“抱闸信号——I3.7”，通过使用这两个信号，保证了安全性，只有在罐笼到达井口、提升机停车且制动系统抱闸之后才允许操作工人开门，其余条件下(如罐笼在井口或者在运行中)一律不得开安全门，保证了罐笼运行期间或者不在井口的情况下安全门不得打开。

常闭点“I 3.0——安全门关位”和“I 4.4——安全门开位”用于自动停止安全门的升、降，只要安全门开启或关闭到位便自动停止电机运行。此外，程序中设置了延时吸合计时器T41(延时3秒)和T40(2.42秒)，通过T41和T40控制电机的运行时间，也很好的控制了安全门的运行距离，并且在到位开关出现故障时也能安全、准确的停止电机运行，保证了电机、减速器和钢丝绳不致因安全门到位开关损坏之后继续运行而损坏，进一步提高了安全门的可靠性，且为检修工更换到位开关提供了时间保障，使用效果良好。

此外，为方便检修期间检修工对安全门或者其他设施检修，还可以设置一种检修模式。只需将操作旋钮打至检修模式下，检修工就可以通过操作台上的按钮开关安全门。

在对安全门进行改造时，可以购置一台1.1KW的防爆型交流异步电动机(地面使用的交流异步电机额定电压为380V，对于井下使用的防爆型交流异步电机额定电压为660V)，一台1∶20的蜗轮蜗杆减速器，一个牵引绳驱动轮11以及上横梁2、门框立柱和牵引绳等。其中，牵引绳驱动轮11的直径可根据所需的开门速度设计，例如牵引绳驱动轮11的直径可以为165毫米，这样能够达到的开、关门速度可以为0.8m/s。在电气元件方面，需要准备两个控制电机的正反转的交流接触器KM1，KM2、两个PLC输出继电器KA1，KA2以及一个热继电器FR等。机械构件及电气接线完成之后，在PLC控制柜的原有信号系统程序上加上以上程序段，即可正常运行。

通过本发明的上述技术方案，由于本发明的电动安全门采用电动机来驱动安全门的开关操作，因此无需人工推拉安全门，操作相对方便，同时其采用电动机驱动方式，安全门的开关操作平稳，工作可靠，故障率较低，有效地保证了煤矿立井提升作业的安全性。同时，由于本发明的电动安全门采用PLC有效地控制电动机的正反转。显然，通过PLC的程序控制原理，可以有效地实现电动机正反转的精确控制，例如能够精确控制电动机正反转的延续时间、控制安全门的运行距离等。此外，该电动安全门结构简单、成本低廉，具有较好的实用性。经过验证，在将传统的煤矿立井安全门改为本发明的PLC控制式电动安全门后大大的降低了使用成本，操作更简单，安全性、可靠性也大大提高，投入运行后基本未出现任何故障。

需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，可以通过任何合适的方式进行任意组合，其同样落入本发明所公开的范围之内。另外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。本发明的保护范围由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种PLC控制式电动安全门，该电动安全门包括门框和门体，其中，所述电动安全门还包括安装在所述门框的上横梁(2)上的电动机(9)以及由该电动机(9)驱动的牵引绳驱动轮(11)，该牵引绳驱动轮(11)上缠绕有牵引绳(6)，该牵引绳(6)的一端绕过安装在所述上横梁(2)一侧的第二引导轮(8’)并连接到配重块(7)上，另一端绕过安装在所述上横梁(2)另一侧的第一引导轮(8)，向下穿过所述门体的一侧而延伸到所述门体的底部，并沿着所述门体的底部延伸到该门体的另一侧，进而向上穿过所述门体的另一侧并绕过所述第二引导轮(8’)固定到所述配重块(7)上，所述电动机(9)的正反转通过包括可编程序控制器的控制电路控制。

2.根据权利要求1所述的电动安全门，其中，所述门框的门框立柱(1)上形成有引导槽(3)，所述门体可滑动地安装到该引导槽(3)内。

3.根据权利要求1所述的电动安全门，其中，所述门体包括平行设置的多根栏杆(4)，该多根栏杆(4)采用锁链(5)相互连接，所述锁链(5)向上延伸到所述上横梁(2)并固定到该上横梁(2)上。

4.根据权利要求1所述的电动安全门，其中，所述电动机(9)通过蜗轮蜗杆机构(10)驱动所述牵引绳驱动轮(11)旋转。

5.根据权利要求1所述的电动安全门，其中，所述上横梁(2)的一侧还安装有导向轮(12)，所述牵引绳(6)的两端均经由安装在所述上横梁(2)一侧的所述第二引导轮(8’)和导向轮(12)连接到所述配重块(7)上。

6.根据权利要求1所述的电动安全门，其中，所述门框立柱(1)上设置有安全门开到位传感器(13)和安全门关到位传感器(14)，该安全门开到位传感器(13)和安全门关到位传感器(14)感测所述配重块(7)的位置，并向所述可编程序控制器传输信号。

7.根据权利要求1所述的电动安全门，其中，所述控制电路包括：

电动机供电电路，该电动机供电电路将电动机电源(L1，L2，L3)经由第一接触器(KM1)的主触点和第二接触器(KM2)的主触点电连接于所述电动机(9)；

主控制电路，该主控制电路包括并联的第一线路和第二线路，所述第一线路包括依次电连接的第一输出继电器(KA1)的常开触点、所述第二接触器(KM2)的常闭辅助触点以及所述第一接触器(KM1)的线圈，所述第二线路包括依次电连接的第二输出继电器(KA2)的常开触点、所述第一接触器(KM1)的常闭辅助触点以及所述第二接触器(KM2)的线圈；以及

可编程控制器控制电路，该可编程序控制器控制电路包括所述可编程序控制器，该可编程序控制器的输出端电连接于所述第一输出继电器(KA1)和第二输出继电器(KA2)的线圈。

8.根据权利要求7所述的电动安全门，其特征在于，所述控制电路还包括热继电器(FR)，该热继电器(FR)的发热元件电连接在所述电动机控制电路中，动断触点连接在所述主控制电路中。

9.根据权利要求7所述的电动安全门，其特征在于，所述主控制电路的工作电压为220V或380V，所述可编程序控制器控制电路的工作电压为24V。

10.根据上述权利要求中任一项所述的电动安全门，其特征在于，所述电动机(9)为三相交流异步电动机。

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