CN110407073A - 矿山主井装提卸综合保护装置及其保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种矿山主井装提卸综合保护装置，装载机构中有仓门传感器和计量秤；卸载机构中有物料传感器和计时器；上行容器和下行容器上设有装/卸载位置到位传感器；各感应器件通过通讯电缆与PLC控制器相连，PLC控制器通过以太网与上位机相联；还提供了矿山主井装提卸综合保护方法，1)PCL采集计量斗的实际装载量；2)根据装载量计算理论交锋电流值y,当0.5＞T≥0和T＞2时，y＝kx+b，其中x为提升重量，k为比例系数；b为修正系数；当0.5≤T≤2时，y遵循实测的装载量T与对应的交锋电流值y的值对应表；3)当上行容器到卸料位则卸料，提升机开车信号为真，卸料后的容器下行，装料后的容器上行；4)将理论值交锋电流y与实际交锋电流值y’的差值Δy代入公式二N＝(Δy–b)/k，计算实际卸载残存量N；5)将N赋值给T₀，用以计算下次的装载总重量。

Description

矿山主井装提卸综合保护装置及其保护方法

技术领域

本发明属煤井运输技术领域，具体涉及矿山主井装提卸综合保护装置及其保护方法。

技术背景

矿山主井提升系统由电控系统、信号、制动系统等组成的，相互配合完成提升操作。一个完整的提升循环由井底定重装载、井筒容器提升、上井口物料卸载、井筒容器下放至定重装载位组成。

井底装载系统设置定重容器，定重容器将煤水装到提升容器中。提升系统采用双钩提升方式，一侧提升装有额定量物料的容器至上井口卸载位，另一侧下放已卸空的容器至井底装载位。定重容器确保容器内物料总重不超过额定量。通常以提升机电机交锋电流作为提升容器实时载荷判断依据，而实际上，其反应的是上提容器与下放容器的载荷差值。当提升容器装载、卸载工艺异常时，以交锋电流为逻辑判断依据的装载系统无法进行准确的异常预判与控制操作，若其继续执行装料操作，将导致超载提升、断绳、电机过载、等恶性事故发生。

为此，必须将装载、提升、卸载作为一个完整的工艺流程进行设计，打破相对独立的局面，消除提升流程中的盲区，建立起安全、可靠的提升机装、提、卸保护装置。该装置需实现上提容器在线载荷、下放容器在线载荷，进而实现一系列保护、联锁功能。

现有技术中存在的常见问题是：1)卸载系统卸载动作后经常发生卸载有残存的问题，现有技术中可以通过交锋电流判断有残存，但是无法对具体残存量值的具体监测；2)提升系统单钩提升运行方式下，由于交锋电流异常无法反应真实提升载荷，现有技术无法判断下放容器内是否存在物料残留，进而可能导致重复装载事故。3)现有系统，当下行容器中残存量低于3吨时，当频繁卸载异常时差值载荷无法反应上提容器真实载荷，提升系统出现检测盲区。

这些情况不仅会影响生产的连续性，也会给矿山安全生产带来了一定程度的隐患。因此解决现有井底装载系统在装载、提升和卸载三个流水工艺上的缺陷是急待解决的技术问题。

发明内容

本发明为了克服现有设备装载、提升和卸载各自独立运行的控制缺陷，提供一种对以上三个部分进行综合保护的装置。不仅能有效解决各系统之间的干扰，还能将容器内卸载残存量检测精度提升到0.5吨以下。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种矿山主井装提卸综合保护装置，包括设置在矿井中的装载机构、提升机构、卸载机构，提升机构上安装有上行容器和下行容器；装载机构设置在井底，位于容器的装料位附近；卸载机构设置在井口，位于容器的卸料位附近；装载机构的计量斗仓门上设有用于判断仓门打开或关闭的仓门传感器；计量斗底部设置有计量秤；卸载系统设置用于检测上行容器是否有卸料的物料传感器，物料传感器配置有计时器；上行容器和下行容器上设有装/卸载位置到位感应器；所述仓门传感器、计量秤、物料传感器、计时器、提升机电流信号、装/卸载到位感应器通过通讯电缆与PLC控制器相连，PLC控制器通过以太网与上位机相联；上位机为整体协调装载机构、提升机构、卸载机构的控制机构。

本装置的有益有效果：此装置实现矿山主井提升系统整体控制，避免各系统间的扰动。

上述装置中上位机中设有根据计量秤提供的连续数据计算出装载重量T的单元；上位机中设有根据装载量T，换算出理论交锋电流值的单元；根据理论交锋电流值和实际交锋电流值对比换算出下行容器中残存量T₀的单元；上位机设计有根据PLC逻辑计算后，根据异常情况控制相应的声光报警单元动作。此方案监测未卸净容器中具体的残存量，并且残存量判断精度控制在0.5吨以下，相比原控制系统检测盲区小，即使在单勾提升状态下也保持正常运转。

本发明提供了基于上述装置的矿山主井装提卸综合保护方法：

1)当下行容器落至井底装料位，采用计量秤对装载机计量斗进行称重，重量为T₁，记录计量斗向容器填料后的重量为T₂，容器当前装载量T＝T₀+(T₁-T₂)，其中，T₀为下行容器装载前原本具有的存料量，当前装载量T由PLC采集运算处理，然后上传至上位机显示；

2)上位机通过上行容器装载量T换算出提升机两个容器在交锋时刻的理论交锋电流值，当0.5＞T≥0和T＞2时，理论交锋电流值y遵循公式一：y＝kx+b，其中y为理论交锋电流， x为提升重量，k为比例系数；b为修正系数；

当0.5≤T≤2时，遵循重量分档和电流分档对照表，对照表为通过试验实际测得的装载量T与对应的交锋电流值y的对应表；

3)当上行容器提升到井口卸料位，物料传感器判断容器是否有卸料，并通过计时器记录卸料时长，该时间写入历史数据，提升机开车信号为真，卸料后的容器下行，装料后的容器上行；

4)将理论值交锋电流y与实际交锋电流值y’的差值Δy，代入公式二可以计算实际卸载残存量N，公式二：N＝(Δy–b)/k，其中k、b与公式一中的k、b相同；

5)将N赋值给T₀，用以计算下次的装载总重量。

此方法实现矿山主井提升系统整体控制，能够监测未卸净容器中具体的残存量，并且残存量判断精度控制在0.5吨以下，检测盲区小；单勾提升状态下也保持正常运转。

附图说明

图1为本综合保护装置整体结构示意图。

图中：卸载机构1、提升机构2、装载机构3、上行容器4、下行容器5、计时器11、物料传感器12、到位感应器13、提升机21、上导向轮22、下导向轮23、主提升钢丝绳24、平衡钢丝绳25、计量斗31、仓门传感器32、计量秤33。

具体实施方式

本发明采用一种矿山主井装提卸综合保护装置，包括设置在矿井中的装载机构3、卸载机构1和提升机构2，提升机构2包括提升机21、上导向轮22、下导向轮23、主提升钢丝绳24和平衡钢丝绳25，提升机21为容器提升驱动装置，采用独立电控系统，提升钢丝绳上装有上行容器4和下行容器5，装载机构3设置在井底，位于容器的装料位附近；卸载机构1 设置在井口，位于容器的卸料位附近。

本发明提供的为上述设备装提卸运行提供保护的结构是：

装载机构3的计量斗仓门上设有用于判断仓门打开或关闭的仓门传感器32；计量斗31 底部设置有计量秤33；卸载系统采用曲轨自动卸料结构，配置用于检测上行容器是否有卸料的物料传感器12，物料传感器12配置计时器11；上行容器4和下行容器5上设有装/卸载位置到位感应器13。所述仓门传感器32、计量秤33、物料传感器12、计时器11、提升机电流信号、装/卸载到位感应器通过通讯电缆与PLC控制器相连，PLC控制器通过以太网与上位机相联，上位机为整体协调装载机构3、提升机构2、卸载机构1的控制机构。

此保护装置实现装、提、卸三部分的统一监控，各部分的运行相关联，及时发现问题并处理，避免原有系统相互无关联，产生扰动的问题。

本发明的上位机中设有根据计量秤提供的连续数据计算出装载重量T的单元；上位机中设有根据装载量T，换算出理论交锋电流值的单元；根据理论交锋电流值和实际交锋电流值对比换算出下行容器中残存量T₀的单元；上位机设计有根据PLC逻辑计算后，根据异常情况控制相应的声光报警单元动作。

本发明的到位感应器包括发射器和接收器两部分，其中一部分安装在下行容器、上行容器上，另一部分安装到装载机构和卸载机构中。当下行容器下降到位，发射器与接收器信息接通，则判断为下行容器到位，有信号传输到PLC。

本发明提供的保护装置装载机的装载重量、装载仓门的开关到位信号、提升的开车信号、停车信号、上行容器与下行容器交锋信号、容器到位信号、提升机电流信号、卸载信号和卸煤信号等均接入到PLC的采集模块中。在PLC中设定处理程序，实现数据的采集、运算，上传至上位机处理，各部分的运行相关联，发现问题及时处理，避免原有系统相互无关联，产生扰动的问题。

本发明中，上位机读取PLC内的卸载时间、提升重量、交锋电流、运行状态、提升电流、到位状态和卸载残存量等参数，同时具有PLC参数修改权限。

此装置通过对各步骤的监控，及时发现运行异常，然后按异常情况分类报警，并停运待处理，避免运行事故，从而保证系统及操作工人的安全。

上述矿山主井装提卸综合保护装置体现的保护方法：

1)当下行容器落至井底装料位，采用计量秤对装载机计量斗进行称重，重量为T₁，记录计量斗向容器填料后的重量为T₂，容器当前装载量T＝T₀+(T₁-T₂)，其中，T₀为下行容器装载前原本具有的存料量，当前装载量T通过PLC采集处理运算，然后上传至上位机显示。

2)提升机开车信号为真时，卸料后的容器下行，装料后的容器上行。

4)PLC通过上行容器装载量T换算出上行容器和下行容器在交锋时刻的理论交锋电流值，

当0.5＞T≥0和T＞2时，理论交锋电流值y遵循公式一：y＝kx+b，其中y为理论交锋电流；x为提升重量，x＝T；k为比例系数；b为电流修正系数。

当0.5≤T≤2时，y遵循重量分档和电流分档对照表，对照表为通过试验实际测得的残存量与理论交锋电流值y的对应表。

3)当上行容器提升到井口卸料位，物料传感器判断容器是否有卸料，并通过计时器记录卸料时长，该时间写入历史数据。

4)将理论值交锋电流y与实际交锋电流值y＇的差值Δy，代入公式二可以计算出下行容器实际卸载残存量N，公式二为：N＝(Δy–b)/k，其中k、b与公式一中的k、b相同。

5)将下行容器残存量N赋值给该容器装载时的变量T₀，用于计算下次装载的总重量。

电流修正系数和重量修正系数为PLC所采集的信号与外部系统所给出信号的比例值。此系数的调整应以外部系统显示的数据为依据。此系数的调整直接影响电流和重量的所有运算数据。电流零点切除参数为电流信号的零点误差值。

上述方法中，当0.5≤T≤2，在进行对照表数据试验时，分别取下行容器中残存量为0.5 吨、1吨、1.5吨、2吨时，测到的标准交锋电流，该对照表作为交锋电流的基准参考。

为防止提小吨数时，系统误报警和不报警。本发明在0.5≤T≤2时，是对交锋电流报警下限进行分档处理，为三档，分档值根据实测的理论交锋电流设置。将下一档的实测交锋电流值作为上一档的交锋电流报警分档值，当装载重量处于某一档是，其实际交锋电流若小于上一档的报警分档值时，系统触发报警。例如：当装载量0.5≤T≤1.0，实际的交锋电流值小于低于0.5吨电流分档值时，系统计算存煤量并触发报警。列表如下：

重量分档值		2吨	1.5吨	1.0吨	0.5吨
						实测分档电流值		A0	A1	A2	A3
报警分档电流值	A0	A1	A2	A3

提升系统正常使用时，为双勾交互装载和提升，即一勾提升时，另外一勾下降。当在特殊情况时，某一勾没有装载，即装载量为0时便提升，此时为单勾提升。传统的提升保护系统里，无法对单勾提升时进行保护和测量。本系统在装载量为0时，符合公式一中的计算公式，所以可以有效的对提升、卸载系统进行保护。

保护主要有：容器卸载时间长报警、容器卸载时间短报警、未卸煤报警、未卸净报警、南勾没到位报警、北勾没到位报警。以下为详细说明：

1)装载重量的提取：当上行容器提升至卸料位后，系统检测装载机的定量斗仓门开到位状态信号，并提取称重的重量T₁。装载完毕，系统检测到仓门关到位状态信号，第二次提取称重的重量T₂。将两次称重的重量取差值T₁-T₂，即为实际装载重量T。本发明允许计量斗多次装载，多次装载时系统自动累加每次装载的值，将累加的结果作为容器实际装载重量T。本发明能够记录下行容器的残存量，即容器装载前就具备的存料量T₀，因此系统实际得出的装载量应当是T＝T₀+(T₁-T₂)+(T_N-T_N+1)。

容器未装煤提示：当上行容器提升到位，下行容器落至装料位，但到位感应器一直未检测到载到装载仓门传感器仓门开启信号，说明下行容器本次未装载，当上行容器转为下降时，触发未装煤报警。报警期间不进行理论交锋电流值的换算和残存量N的计算的，防止系统引发其它误报警。

2)卸载时间提取：当物料传感器信号为“真”则开始计时，当物料传感器信号为“假”则计时时间结束，记录的时长为卸载时间。提升机开车信号为真或物料信号消失5秒后，计时器执行复位操作。卸载时间写入历史记录，系统生成每次卸载时间的报表。

卸载时间长(短)报警：卸载时间与装载重量呈线性关系，卸载时间可以通过装载重量乘以一定系数计算，系统可以通过修改这个系数实现报警限值设定。当卸载结束后，系统便会将实际卸载时间与报警限定值进行比较。实际卸载时间大于限定值，则输出卸载时间长报警，实际卸载时间小于限定值，则输出卸载时间短报警。

3)未卸煤报警：当装载量大于第一分档档设定值时，南(北)勾到位且2秒内相应物料传感器没有检测到物料信号，此时认为南(北)勾没有卸煤，触发未卸煤报警。

4)通过实际装载重量按公式y＝kx+b，算出理论的交锋电流值y。

未卸净报警：当上行容器、下行容器处于交锋状态时，将交锋电流y＇提取保存。将y乘以一定的误差系数，然后与实际交锋电流y＇进行对比。当y＇小于乘以误差系数的理论电流值时，系统会触发未卸净报警。报警区分上行容器和下行容器。此时，系统会将y＇与y 做差值，用该差值Δy反算出交时下行容器中的剩煤重量，此剩煤重量值赋值给T₀，计入该容器实际装载量T中。而当出现容器未装煤提示后，将此剩煤重量值赋值给T，作为其上行时的实际装载重量。

5)容器未到位报警：当物料传感器检测到物料信号6秒钟之内系统仍没检测到相应卸载到位信号，则系统认为到位信号缺失，触发未到位报警。

以上监控逻辑只有在提煤状态下才起效，检修状态下设置为无效。

本发明卸煤时间长、卸煤时间短、未卸煤报警属于重故障报警，跳安全回路，且可直接复位报警。未卸净报警属于轻故障报警，不跳安全回路，并且需要报警的箕斗在提升到位时才能复位。

箕斗未到位报警属于故障报警，不参与逻辑控制，不需要复位操作。但技术人员应及时处理此故障，因为当到位信号丢失时，系统会发生误判，系统无法起到保护作用。

当出现上位机与PLC通信中断时，上位机系统会自动一直输出通信中断语音报警，且画面上有报警的红灯在闪，直到通讯恢复。此时上位机所有监控数据均为通信中断之前的数据，不是实时数据。虽然逻辑保护依旧运行，但上位机无法正常显示系统当前状态和无法发出其他语音报警。所以此时需要技术人员尽快处理、恢复系统通信。

当电流传感器、重量传感器出现故障时，系统一直会发出相应的语音报警，直到故障消失。当出现此故障时，系统无法进行保护，需要技术人员及时将系统恢复。

本发明上位机监测系统：

参与控制的语音报警包括：卸载时间长、卸载时间短、未卸净、未卸煤。

未参与控制的语音报警包括：通讯中断、计量秤故障、电流传感器故障、容器未到位。此提示音只是语音提示，系统影响提升系统本身运行。

语音警示包括：未装煤、检修、提煤。此语音仅是提示作用。

本发明对不同异常进行了分类，上位机根据分类触发相应报警。还有根据情况报警后相应的复位动作设计。具体的，卸煤时间长、卸煤时间短、未卸煤报警属于重故障报警，跳安全回路，且可直接复位报警。未卸净报警属于轻故障报警，不跳安全回路，并且需要报警的容器在提升到位时才能复位。当钥匙开关处于紧急复位时，所有故障可随时复位。

容器未到位报警属于故障报警，不参与逻辑控制，不需要复位操作。但技术人员应及时处理此故障，因为当到位信号丢失时，系统会发生误判，系统无法起到保护作用。

当出现上位机与PLC通信中断时，上位机系统会自动一直输出通信中断语音报警，且画面上有报警的红灯在闪，直到通讯恢复。此时上位机所有监控数据均为通信中断之前的数据，不是实时数据。虽然逻辑保护依旧运行，但上位机无法正常显示系统当前状态和无法发出其他语音报警。所以此时需要技术人员尽快处理、恢复系统通信。

当电流传感器、重量传感器出现故障时，系统一直会发出相应的语音报警，直到故障消失。当出现此故障时，系统无法进行保护，需要技术人员及时将系统恢复。

Claims (3)

1.一种矿山主井装提卸综合保护装置，包括设置在矿井中的装载机构、提升机构、卸载机构，提升机构上安装有上行容器和下行容器；装载机构设置在井底，位于容器的装料位附近；卸载机构设置在井口，位于容器的卸料位附近，其特征是：

装载机构的计量斗仓门上设有用于判断仓门打开或关闭的仓门传感器；计量斗底部设置有计量秤；卸载系统设置用于检测上行容器是否有卸料的物料传感器，物料传感器配置有计时器；上行容器和下行容器上设有装/卸载位置到位感应器；所述仓门传感器、计量秤、物料传感器、计时器、提升机电流信号、装/卸载到位感应器通过通讯电缆与PLC控制器相连，PLC控制器通过以太网与上位机相联，上位机为整体协调装载机构、提升机构、卸载机构的控制机构。

2.根据权利要求1所述矿山主井装提卸综合保护装置，其特征是：上位机中设有根据计量秤提供的连续数据计算出装载重量T的单元；上位机中设有根据装载量T，换算出理论交锋电流值的单元；根据理论交锋电流值和实际交锋电流值对比换算出下行容器中残存量T₀的单元；上位机设计有根据PLC逻辑计算后，根据异常情况控制相应的声光报警单元动作。

3.权利要求2所述矿山主井装提卸综合保护装置的保护方法：

1)当下行容器落至井底装料位，采用计量秤对装载机计量斗进行称重，重量为T₁，记录计量斗向容器填料后的重量为T₂，容器当前装载量T＝T₀+(T₁-T₂)，其中，T₀为下行容器装载前原本具有的存料量，当前装载量T由PLC采集运算处理，然后上传至上位机显示；

2)上位机通过上行容器装载量T换算出提升机两个容器在交锋时刻的理论交锋电流值，当0.5＞T≥0和T＞2时，理论交锋电流值y遵循公式一：y＝kx+b，其中y为理论交锋电流，x为提升重量，k为比例系数；b为修正系数；

当0.5≤T≤2时，遵循重量分档和电流分档对照表，对照表为通过试验实际测得的装载量T与对应的交锋电流值y的对应表；

3)当上行容器提升到井口卸料位，物料传感器判断容器是否有卸料，并通过计时器记录卸料时长，该时间写入历史数据，提升机开车信号为真，卸料后的容器下行，装料后的容器上行；

4)将理论值交锋电流y与实际交锋电流值y’的差值Δy，代入公式二可以计算实际卸载残存量N，公式二：N＝(Δy–b)/k，其中k、b与公式一中的k、b相同；

5)将N赋值给T₀，用以计算下次的装载总重量。