CN104332105A - 矿井提升机操作培训系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种矿井提升机操作培训系统及方法，适用于对矿井提升机操作工的培训使用。包括相互连接通信连接的矿井提升机操作培训装置和上位机系统，包括主控面板和PLC模块，主控面板由操作面板、显示面板和报警面板构成，PLC模块的输入端与操作面板的输出端相连接，PLC模块的输出端分别与显示面板和报警面板的输入端相连接，其操作培训方法包括1）矿井提升机正常工作模式操作培训和2）矿井提升机故障工作模式操作培训。所有操作信息均通过PLC模块模拟，不直接使用电机，其操作直观，成本低，使用方便，培训效果好，具有广泛的普及性。

Description

矿井提升机操作培训系统及方法

技术领域

本发明涉及一种操作培训系统及方法，尤其适用于一种针对矿井提升机操作人员培训和考核时使用的矿井提升机培训系统及方法。 

背景技术

矿井提升系统的组成主要包括:提升容器、辊筒、钢丝绳、减速器、井架、拖动电机、电控设备以及制动装置等几个部分。现在的矿井提升机培训主要还是靠利用老旧提升机进行培训。提升机受训人员通过观察操作台上的信号指示灯、仪表盘和深度指示器来操作操作台上的按钮、手柄和组合开关，进而通过电机与制动装置的配合，实现控制提升机的正常运转的目的。

现有的培训系统需要通过真实电机的运转来提供速度参数和位移参数,比较耗能；操作台不能直观显示运行情况；不能通过电脑监视；保护功能无法直观的演示，提升机的一些故障无法模拟；有些还是利用传统的继电器控制电路制成，和实际的提升机控制方式差别较大；设备体积庞大，自动化水平不高，操作起来繁琐、复杂，培训难度较大，从而使得学员在短期内不容易掌握和操作，因此达不到很好的培训效果。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种结构简单，使用方便，可以在不使用电机运转的情况下模拟真实提升机的基本操作和提升机的故障状态，同时可以在上位计算机中记录的矿井提升机操作培训系统及方法。

 为实现上述技术目的：本发明的矿井提升机操作培训系统，包括相互连接通信的矿井提升机操作培训装置和上位机系统，上位机系统包括上位计算机和与上位计算机相连接的打印机，其特征在于：所述矿井提升机操作培训装置包括主控面板和PLC模块，主控面板由操作面板、显示面板和报警面板构成，PLC模块的输入端与操作面板的输出端相连接，PLC模块的输出端分别与显示面板和报警面板的输入端相连接，所述操作面板包括模拟矿井提升机操作的按钮组、组合开关和操作手柄，所述显示面板包括指示灯、深度指示器和仪表组，所述报警面板包括减速蜂鸣器和报警蜂鸣器；所述的PLC模块包括通过RS485相互连接的PLC单元一和PLC单元二，PLC单元一型号为三菱FX2N-32MR、PLC单元二型号为三菱FX2N-64MR；

所述的显示面板中的仪表盘包括高压电压表，闸电流表，润滑油压表，制动油压表，测速电压表，电枢电流表，电枢电压表和磁场电流表；操作面板的操作手柄包括主令手柄与制动手柄；按钮组包括开车按钮、停车按钮、正向按钮、反向按钮、方向解除按钮、操作台急停按钮、高压跳闸按钮、快开分闸按钮、快合分闸按钮、液压站启动按钮、液压站停止按钮、润滑站启动按钮、润滑站停止按钮、主风机启动按钮、主风机停止按钮、变流器启动按钮以及变流器停止按钮；组合开关包括自动/手动切换开关、紧急开车开关、工作方式切换开关、过卷复位开关；

一种矿井提升机操作培训方法包括1）矿井提升机正常工作模式操作培训和2）矿井提升机故障工作模式操作培训；培训人员接通电源等待系统初始化，系统初始化后通过操作面板上的按键组选择矿井提升机培训的工作模式；

1）矿井提升机正常工作模式操作培训：

a. 培训人员按正常工作操作流程操作面板模拟操作矿井提升机，培训人员通过操作面板中按键组依顺序打开快合分闸、启动液压站、启动润滑站、启动主风机和启动变流器，PLC模块根据收到的控制信息依次开启或关闭显示面板上相应的指示灯，同时控制仪表组中润滑油压表、制动油压表和高压电压表指向预设的参数位置；

当培训人员操作无误，PLC模块通过显示面板上的指示灯发出允许提升机启动信息，

当培训人员操作有误，则PLC模块通过显示面板发出错误警告，并锁定操作面板，同时向上位计算机发送错误通知信息，直到上位计算机发送解除锁定后才能继续操作；

b. 培训人员收到允许提升机启动信息后，根据培训要求操作手柄控制提升机开车方向，操作组合开关控制提升机的工作模式；通过手柄和按钮开关向PLC模块发送移动方向信息，PLC模块收到启动提升机信息后调用预设的速度运行曲线函数和电机运行曲线函数，得到提升机运行的速度和位移信息以及直流电机运行的电枢电流与电枢电压数据，并将相应的提升机运行模拟信息发送到深度指示仪中显示，同时将提升机运行的速度信息实时发送到测速电压表中显示，直流电机运行的电枢电流与电枢电压数据分别实时发送到电枢电流表和测速电压表中显示，PLC模块将电枢电压信号以0~300V电压信号的形式输出到电枢电压表显示出来，从而模拟真实提升机正常工作时的相应电枢电压信息；

c. 当培训人员完成矿用提升机的培训操作后，依次将手柄、组合开关和按键组复位，PLC模块将整个操作过程发送到上位计算机中存储并进行相应的评分，并将培训记录通过与上位计算机相连接的打印机打印出来；

2）矿井提升机故障工作模式操作培训：

培训人员选择矿井提升机故障的模式，PLC模块根据预设故障方案，控制显示面板做出相应信息显示，同时控制报警面板的蜂鸣器发出报警声响和报警信号，此时培训人员按照故障显示情况进行操作应对；

培训人员的操作结果通过显示面板显示出来，当操作面板向PLC模块发送的操作信息与预设信息相一致时，判断故障应对成功，PLC模块向报警面板发送关闭蜂鸣器发出报警声响和报警信号，同时PLC模块将整个操作过程发送到上位计算机中存储并进行相应的评分，并将培训成绩通过与上位计算机相连接的打印机打印出来；

所述显示面板做出相应信息显示包括：深度指示器显示提升机罐笼位置信息从而判断两终端罐笼出现过卷；深度指示器显示提升机运行方向来与实际操作方向对比判断当前矿井提升机错向运行；制动油压表显示数值超出正常范围从而判断制动矿用提升机系统液压站工作异常；测速电压表显示数值异常判断矿用提升机两终端罐笼移动超速；磁场电流表显示励磁电流是否低于正常值下限则判断矿用提升机主电动机失励磁；电枢电流表或电枢电压表显示直流主回路电流或电压数值超过警戒值时，当发生上述情况时，则培训人员需要立即按下操作台急停按钮，同时发出维修请求；

所述显示面板做出相应信息显示：温度指示灯闪烁从而判断矿井提升机直流主电机轴承过热，润滑油压表显示数值超过警戒值则判断矿用提升机润滑油压异常，风机指示灯闪烁则判断矿井提升机风机通风故障，直流电压表为零则判断矿用提升机直流主回路接地，当发生上述情况时，本次操作时培训人员正常操作，不需要任何附加操作，待本次提升操作完成停止矿用提升机运行，发出维修请求。

有益效果：本发明的矿井提升机操作培训系统通过PLC模块，在不使用电机运转的情况下通过与PLC模块连接的操作面板和显示面板模拟真实提升机的基本操作及提升机的故障状态，依靠PLC模块模拟电机运转的状况，降低了培训的能源消耗，同时也提高了培训的安全性，防止实际使用矿井提升机由于操作不当或者设备损耗带来的额外成本，此外本装置还可以模拟提升机运行的故障状态。其操作直观，成本低，使用方便，培训效果好，具有广泛的普及性。

附图说明：

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的PLC单元一的电路图。

图3是本发明的PLC单元二的电路图。

图4是本发明的仪表组电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施做进一步的描述：

如图1所示，本发明的矿井提升机操作培训系统，包括相互连接通信连接的矿井提升机操作培训装置和上位机系统，上位机系统包括上位计算机和与上位计算机相连接的打印机，其特征在于：所述矿井提升机操作培训装置包括主控面板和PLC模块，所述的PLC模块包括通过RS485相互连接的PLC单元一和PLC单元二，PLC单元一型号为三菱FX2N-32MR、PLC单元二型号为三菱FX2N-64MR；主控面板由操作面板、显示面板和报警面板构成，PLC模块的输入端与操作面板的输出端相连接，PLC模块的输出端分别与显示面板和报警面板的输入端相连接，所述操作面板包括模拟矿井提升机操作的按钮组、组合开关和操作手柄，按钮组包括开车按钮、停车按钮、正向按钮、反向按钮、方向解除按钮、操作台急停按钮、高压跳闸按钮、快开分闸按钮、快合分闸按钮、液压站启动按钮、液压站停止按钮、润滑站启动按钮、润滑站停止按钮、主风机启动按钮、主风机停止按钮、变流器启动按钮以及变流器停止按钮；组合开关包括自动/手动切换开关、紧急开车开关、工作方式切换开关、过卷复位开关；操作手柄包括主令手柄与制动手柄；所述显示面板包括指示灯、深度指示器和仪表组，其中仪表盘包括高压电压表，闸电流表，润滑油压表，制动油压表，测速电压表，电枢电流表，电枢电压表和磁场电流表；所述报警面板包括减速蜂鸣器和报警蜂鸣器。

工作时，操作员通过矿井提升机操作面板将急停信号断路、高压跳闸信号断路、快合分闸、液压站启动、润滑站启动、主风机启动和变流器启动指令输入PLC模块，对应的运行指示灯会自动亮起，润滑油压表、制动油压表和高压电压表则会根据PLC内置的模拟信息指向相应的参数，则PLC允许提升机启动。在工作模式与开车方向也选择好时，按下开车按钮后，PLC模块将通过调用内部的速度运行曲线函数和电机运行曲线函数得到提升机运行的速度和位移以及直流电机运行的电枢电流与电枢电压，此外停车、减速信号均通过调用速度运行曲线函数和电机运行曲线函数来实现控制，所述速度运行曲线函数和电机运行曲线函数为现有技术。速度信号以0~10V的电压信号的模式，通过D/A模块输出到显示面板中的测速电压表上。电枢电流信号以4~20mA的电流信号的模式，通过D/A模块输出到显示面板中电枢电流表，电枢电压信号以0~5V的电压信号的模式通过D/A模块输出到300V可调开关电源后，再以0~300V电压信号的模式输出到电枢电压表。开车方向和位移信号则会通过PLC输出端口输出到深度指示仪。当提升机运行出现故障时，报警声响会发出故障报警声。当提升机减速运行时，减速声响会发出减速报警声。同时，上位监控计算机的操作员可以通过MCGS实现对操作台的监控，MCGS是用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，实时了解操作台的各项运行指标。

如图2所示，PLC单元一为16个输入端和16个输出端的三菱FX2N-32MR， PLC单元一的X0~X7端口和X10~X13端口依次与变流器启动按钮K1，变流器停止按钮K2，主风机启动按钮K3，主风机停止按钮K4，润滑站启动按钮K5，润滑站停止按钮K6，液压站启动按钮K7，液压站停止按钮K8，快开分闸按钮K9，快合分闸按钮K10，操作台急停按钮S7以及高压跳闸按钮相连接S8。PLC单元一的Y0~Y7端口和Y10~Y11端口分别连接操作指示灯L1~L5和L16~L20。PLC单元一通过Y12~Y17端口与中间继电器的引脚KA1~KA6连接。PLC单元一与PLC单元二通过FX2N-485BD相连接实现通讯。

如图3所示， PLC单元二为32个输入端和32个输出端的三菱FX2N-64MR，同时连接16个输出端的FX2N-EY和四个模拟量输出的FX2N-4DA。PLC单元二的X0~X1端口分别与主令手柄正向运行继电器端口KA7和主令手柄操作反向向运行继电器端口KA8连接。PLC单元二的X26端口与制动手柄制动继电器的端口KA9相连。PLC单元二的端口X10~X11与自动/手动切换组合开关SA2.1相连。PLC单元二的端口X10~X11与自动/手动切换组合开关SA2.1相连。PLC单元二的端口X12~X13与应急开车组合开关SA2.2相连。PLC单元二的端口X14~X17与工作方式组合开关SA2.3相连。PLC单元二的端口X34~X35与过卷复位组合开关SA3.3相连。PLC单元二的端口X20~X25分别与开车按钮S1，停车按钮S2，选择正向按钮S3，选择反向按钮S4，方向解除按钮S5，故障解除按钮S6。PLC单元二的端口Y0~Y7、Y10~Y12、Y15~Y17以及Y20~Y26端口依次连接操作指示灯的L6~L15和L21~L30。PLC单元二的端口Y13连接有中间继电器KA7。PLC单元二的端口Y14和端口Y27分别连接蜂鸣器减速声响A1和报警声响A2。PLC单元二的端口Y30~Y37、Y40~Y17以及Y50~Y57依次连接排线端口一、排线端口二和排线端口三排线端口与深度指示仪相连。

中间继电器的端口KA1~KA5分别控制高压电压表、闸电流表、润滑油压表、制动油压表和磁场电流表的通路与断路。中间继电器的端口KA6~KA7分别控制电枢电压表、电枢电流表和测速电压表的正向和反向。主令手柄控制的接近开关1和接近开关2分别控制着主令手柄正向运行继电器KA7和主令手柄操作反向向运行继电器KA8的通断。制动手柄控制的接近开关3控制着制动手柄制动继电器KA9的通断。两个5V的开关电源为提升机培训系统提供5V和10V的直流电压。24V的开关电源为提升机培训系统提供了24V直流电压。受D/A模块FX2N-4DA的第三通道VOUT3控制的0~300V开关电源为电枢电流表提供0~300V可调直流电压。

如图4所示为仪表组电路图，均为现有技术，通过输入输出端与PLC模块相连接。

一种使用上述系统的的矿井提升机操作培训方法，它包括1）矿井提升机正常工作模式操作培训和2）矿井提升机故障工作模式操作培训；培训人员接通电源等待系统初始化，系统初始化后通过操作面板上的按键组选择矿井提升机培训的工作模式；

1）矿井提升机正常工作模式操作培训：

a. 培训人员按正常工作操作流程操作面板模拟操作矿井提升机，培训人员通过操作面板中按键组依顺序打开快合分闸、启动液压站、启动润滑站、启动主风机和启动变流器，PLC模块根据收到的控制信息依次开启或关闭显示面板上相应的指示灯，同时控制仪表组中润滑油压表、制动油压表和高压电压表指向预设的参数位置；

当培训人员操作无误，PLC模块通过显示面板上的指示灯发出允许提升机启动信息，

当培训人员操作有误，则PLC模块通过显示面板发出错误警告，并锁定操作面板，同时向上位计算机发送错误通知信息，直到上位计算机发送解除锁定后才能继续操作；

b. 培训人员收到允许提升机启动信息后，根据培训要求操作手柄控制提升机开车方向，操作组合开关控制提升机的工作模式；此时手柄和组合开关向PLC模块发送移动方向信息，PLC模块收到启动提升机信息后调用预设的速度运行曲线函数和电机运行曲线函数，得到提升机运行的速度和位移信息以及直流电机运行的电枢电流与电枢电压数据，并将相应的提升机运行模拟信息发送到深度指示仪中显示，同时将提升机运行的速度信息实时发送到测速电压表中显示，直流电机运行的电枢电流与电枢电压数据分别实时发送到电枢电流表和测速电压表中显示，PLC模块将电枢电压信号以0~300V电压信号的形式输出到电枢电压表显示出来，从而模拟真实提升机正常工作时的相应电枢电压信息；

c. 当培训人员完成矿用提升机的培训操作后，依次将手柄、组合开关和按键组复位，PLC模块将整个操作过程发送到上位计算机中存储并进行相应的评分，并将培训记录通过与上位计算机相连接的打印机打印出来；

2）矿井提升机故障工作模式操作培训：

培训人员选择矿井提升机故障的模式，PLC模块根据预设故障方案，控制显示面板做出相应信息显示，同时控制报警面板的蜂鸣器发出报警声响和报警信号，此时培训人员按照故障显示情况进行操作应对；

培训人员的操作结果通过显示面板显示出来，当操作面板向PLC模块发送的操作信息与预设信息相一致时，判断故障应对成功，PLC模块向报警面板发送关闭蜂鸣器发出报警声响和报警信号，同时PLC模块将整个操作过程发送到上位计算机中存储并进行相应的评分，并将培训成绩通过与上位计算机相连接的打印机打印出来。

其中当显示面板中深度指示器显示提升机罐笼位置信息从而判断两终端罐笼出现过卷；深度指示器显示提升机运行方向来与实际操作方向对比判断当前矿井提升机错向运行；制动油压表显示数值超出正常范围从而判断制动矿用提升机系统液压站工作异常；测速电压表显示数值判断矿用提升机两终端罐笼移动超速；磁场电流表显示励磁电流是否低于正常值下限则判断矿用提升机主电动机失励磁；电枢电流表或电枢电压表显示直流主回路电流或电压数值超过警戒值时，当发生上述情况时，则培训人员需要立即按下操作台急停按钮，同时发出维修请求。

其中当显示面板中温度指示灯闪烁从而判断矿井提升机直流主电机轴承过热，润滑油压表显示数值超过警戒值则判断矿用提升机润滑油压异常，风机指示灯闪烁则判断矿井提升机风机通风故障，直流电压表为零则判断矿用提升机直流主回路接地，当发生上述情况时，本次操作时培训人员正常操作，不需要任何附加操作，待本次提升操作完成停止矿用提升机运行，发出维修请求。

Claims (6)

1. 一种矿井提升机操作培训系统，包括上位机系统和与之通信的矿井提升机操作培训装置，上位机系统包括上位计算机和与上位计算机相连接的打印机，其特征在于：所述矿井提升机操作培训装置包括主控面板和PLC模块，主控面板由操作面板、显示面板和报警面板构成，PLC模块的输入端与操作面板的输出端相连接，PLC模块的输出端分别与显示面板和报警面板的输入端相连接，所述操作面板包括模拟矿井提升机操作的按钮组、组合开关和操作手柄，所述显示面板包括指示灯、深度指示器和仪表组，所述报警面板包括减速蜂鸣器和报警蜂鸣器。

2. 根据权利要求1所述的矿井提升机操作培训系统，其特征在于：所述的PLC模块包括通过RS485相互连接的PLC单元一和PLC单元二，PLC单元一型号为三菱FX2N-32MR、PLC单元二型号为三菱FX2N-64MR。

3. 根据权利要求1所述的矿井提升机操作培训系统，其特征在于：所述的显示面板中的仪表盘包括高压电压表，闸电流表，润滑油压表，制动油压表，测速电压表，电枢电流表，电枢电压表和磁场电流表；操作面板的操作手柄包括主令手柄与制动手柄；按钮组包括开车按钮、停车按钮、正向按钮、反向按钮、方向解除按钮、操作台急停按钮、高压跳闸按钮、快开分闸按钮、快合分闸按钮、液压站启动按钮、液压站停止按钮、润滑站启动按钮、润滑站停止按钮、主风机启动按钮、主风机停止按钮、变流器启动按钮以及变流器停止按钮；组合开关包括自动/手动切换开关、紧急开车开关、工作方式切换开关、过卷复位开关。

4. 一种使用权利要求1所述系统的矿井提升机操作培训方法，其特征在于：机操作培训方法包括1）矿井提升机正常工作模式操作培训和2）矿井提升机故障工作模式操作培训；培训人员接通电源等待系统初始化，系统初始化后通过操作面板上的按键组选择矿井提升机培训的工作模式；

1）矿井提升机正常工作模式操作培训：

a. 培训人员按正常工作操作流程操作面板模拟操作矿井提升机，培训人员通过操作面板中按键组依顺序打开快合分闸、启动液压站、启动润滑站、启动主风机和启动变流器，PLC模块根据收到的控制信息依次开启或关闭显示面板上相应的指示灯，同时控制仪表组中润滑油压表、制动油压表和高压电压表指向预设的参数位置；

当培训人员操作无误，PLC模块通过显示面板上的指示灯发出允许提升机启动信息，

当培训人员操作有误，则PLC模块通过显示面板发出错误警告，并锁定操作面板，同时向上位计算机发送错误通知信息，直到上位计算机发送解除锁定后才能继续操作；

b. 培训人员收到允许提升机启动信息后，根据培训要求操作手柄控制提升机开车方向，操作组合开关控制提升机的工作模式；此时手柄和组合开关向PLC模块发送移动方向信息，PLC模块收到启动提升机信息后调用预设的速度运行曲线函数和电机运行曲线函数，得到提升机运行的速度和位移信息以及直流电机运行的电枢电流与电枢电压数据，并将相应的提升机运行模拟信息发送到深度指示仪中显示，同时将提升机运行的速度信息实时发送到测速电压表中显示，直流电机运行的电枢电流与电枢电压数据分别实时发送到电枢电流表和测速电压表中显示，PLC模块将电枢电压信号以0~300V电压信号的形式输出到电枢电压表显示出来，从而模拟真实提升机正常工作时的相应电枢电压信息；

c. 当培训人员完成矿用提升机的培训操作后，依次将手柄、组合开关和按键组复位，PLC模块将整个操作过程发送到上位计算机中存储并进行相应的评分，并将培训记录通过与上位计算机相连接的打印机打印出来；

2）矿井提升机故障工作模式操作培训：

培训人员选择矿井提升机故障的模式，PLC模块根据预设故障方案，控制显示面板做出相应信息显示，同时控制报警面板的蜂鸣器发出报警声响和报警信号，此时培训人员按照故障显示情况进行操作应对；

培训人员的操作结果通过显示面板显示出来，当操作面板向PLC模块发送的操作信息与预设信息相一致时，判断故障应对成功，PLC模块向报警面板发送关闭蜂鸣器发出报警声响和报警信号，同时PLC模块将整个操作过程发送到上位计算机中存储并进行相应的评分，并将培训成绩通过与上位计算机相连接的打印机打印出来。

5. 根据权利要求3所述的矿井提升机操作培训方法，其特征在于：所述显示面板做出相应信息显示包括：深度指示器显示提升机罐笼位置信息从而判断两终端罐笼出现过卷；深度指示器显示提升机运行方向来与实际操作方向对比判断当前矿井提升机错向运行；制动油压表显示数值超出正常范围从而判断制动矿用提升机系统液压站工作异常；测速电压表显示数值异常判断矿用提升机两终端罐笼移动超速；磁场电流表显示励磁电流是否低于正常值下限则判断矿用提升机主电动机失励磁；电枢电流表或电枢电压表显示直流主回路电流或电压数值超过警戒值时，当发生上述情况时，则培训人员需要立即按下操作台急停按钮，同时发出维修请求。

6. 根据权利要求3所述的矿井提升机操作培训方法，其特征在于：所述显示面板做出相应信息显示：温度指示灯闪烁从而判断矿井提升机直流主电机轴承过热，润滑油压表显示数值超过警戒值则判断矿用提升机润滑油压异常，风机指示灯闪烁则判断矿井提升机风机通风故障，直流电压表为零则判断矿用提升机直流主回路接地，当发生上述情况时，本次操作时培训人员正常操作，不需要任何附加操作，待本次提升操作完成停止矿用提升机运行，发出维修请求。