CN110562816A - 一种矿井提升交互式保护测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矿井提升交互式保护测试系统及方法，所述测试系统包括硬件和软件部分，所述硬件由测试平台、PLC模块、模拟信号、测速信号以及上位机组成，其中PLC模块包括CPU模块、模拟量模块、数字量模块、计数模块和通讯模块，并通过数据总线连接。通讯模块通过Ethernet与上位机连接。软件由超速保护试验、过负荷试验、欠电压试验、限速保护试验、提升容器位置指示保护试验、减速功能保护试验、错向保护试验组成。该系统首先进行了思路创新，改变原有的保护试验开关功能一对一的传统，把功能转换用PLC程序完成，同时把保护试验状态数据传输到上位机上显示，具有简单实用，安全可靠，试验时间短等优点。提升机可以在10分钟内完成所有保护试验，避免了漏检、误检的情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试系统，具体涉及一种交互式保护测试系统，属于矿井提升系统技术领域。
背景技术
提升装置通常装设安全保护并能试验出保护动作状态。其安全保护包括：超速保护、过负荷保护、欠电压保护、限速保护、提升容器位置指示保护、减速功能保护和错向运行保护等。
现在普遍使用保护的测试方案为：1.外围硬件传感器可手动试验动作状态的可以直接试验该保护；2.程序内的软件保护则通过修改程序或者加装一对一的试验开关使其保护正常动作。目前电控系统没有对保护试验进行专门设计，保护试验操作很复杂，并且有一些保护试验必须通过编程器修改程序参数来完成，这就更增加了保护试验操作的复杂性，并且上述的测试方案操作繁琐，试验时间较长，容易出现漏检、误检的现象。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种矿井提升交互式保护测试系统，该技术方案改变原有多开关选择保护试验类型的思路，把较难实现的保护试验选择在操作台上通过一个钥匙开关和一个按钮完成，减少操作台保护试验开关的数量，简化操作步骤，缩短试验停车时间。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种矿井提升交互式保护测试系统，其特征在于，所述测试系统包括硬件部份和软件部分，所述硬件部份由测试平台、PLC模块、模拟信号、测速信号以及上位机组成，所述软件部分由超速保护试验、过负荷试验、欠电压试验、限速保护试验、提升容器位置指示保护试验、减速功能保护试验、错向保护试验七部分组成。
作为本发明的一种改进，所述测试平台在电控操作台基础上增加了交互式保护测试平台，由一个钥匙开关和一个按钮组成。
作为本发明的一种改进，所述PLC模块包括CPU模块、模拟量模块、数字量模块、计数模块和通讯模块，并通过数据总线连接，通讯模块通过Ethernet与上位机连接；
所述CPU模块用于控制总线上模块之间的数据传输，并执行用户程序和系统自诊断；
模拟量模块：用于将外部模拟信号(如电压、电流)转换成PLC内部处理用的数字信号，或PLC输出的数字信号转换成控制系统所需的模拟信号(如电压)；
数字量模块：用于将PLC内部信号电平转换成控制系统所要求的外部信号电平，或将控制系统送来的外部数字信号电平转换成PLC内部信号电平；
计数模块：用于进行通用计数和测量的智能型计数器模块，可直接连接到增量编码器、方向传感器、启动器或NAMUR编码器，在达到设定点时输出响应的集成数字量输出。
通讯模块：用于系统与上位机间的数据连接。
作为本发明的一种改进，所述模拟信号包括电流信号(电流传感器)和电压信号(电压传感器)。
作为本发明的一种改进，所述测速信号由编码器提供，所述上位机可接收提升主控系统的信号，用于显示主控系统、交互式保护测试系统的过程状态、曲线、数据记录和报表、报警显示，所述上位机具备网络通讯口，能与矿方调度网无缝联接。
一种矿井提升交互式保护测试方法，该方法将多开关选择保护试验，在操作台上通过一个钥匙开关和一个试验开始按钮实现，具体步骤如下：
(1)打开保护试验钥匙开关；
(2)上位机WINCC界面显示保护试验名称的目录及对应的按钮次数；
(3)根据各保护试验提示所需按下的次数，按试验开始按钮，进行保护试验。
作为本发明的一种改进，保护试验名称的目录包括超速保护试验、过负荷试验、欠电压试验、限速保护试验、提升容器位置指示保护试验、减速功能保护试验、错向保护试验。
作为本发明的一种改进，所述超速保护试验包括减速段超速保护和等速段超速保护，具体保护方法如下：
1)将保护试验按钮切换到减速段超速试验，将限幅值降低为0.5m/s，绞车运转速度超过0.5m/s并延时等速段超速保护动作，立即制动；
2)将保护试验按钮切换到减速段超速试验，将编码器1和2的速度值强制增加20％，速度超过包络线速度后超速保护动作，立即制动；
3)将保护试验按钮切换到等速段超速试验，将每个运行方式的限幅值降低为0.5m/s，绞车运转速度超过0.5m/s并延时等速段超速保护动作，立即制动。
作为本发明的一种改进，所述过负荷和欠电压保护如下：1)将保护试验按钮切换到过负荷保护试验，当传动系统电流大于限幅值时，过负荷保护动作，立即制动；
2)将保护试验按钮切换到欠电压试验，当传动系统电压低于限幅值时，欠电压保护动作，立即制动。
作为本发明的一种改进，所述错向运行保护，有两种试验方法，第一种为模拟错向运行：将错向试验开关打到开，信号打点，绞车以正常方式运行，程序中利用编码器计算速度的方向与正负0.1M/S做比较，延时1S，错向运行保护动作，立即制动；第二种为溜车试验错向：打到检修方式，打开闸试验开关，信号打点，只松闸把，程序中利用编码器计算速度的方向与正负0.1M/S做比较，延时1S，错向运行保护动作，立即制动。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
1)该技术方案交互式保护测试系统解决了传统保护试验操作复杂，软件保护难以实现，安全可靠性低等缺点；只用一个保护试验钥匙开关和一个保护转换按钮的操作方式；通过一个旋钮一个按钮就可以实现所有保护的正常试验，减少了传统保护试验开关的数量；简化操作步骤，缩短试验停车时间；
2)该技术方案的保护试验功能能够在上位机WINCC画面中能够直观的显示保护试验状态和操作步骤说明，简单实用，安全可靠，试验时间短等优点，避免了漏检、误检的情况；
3)该技术方案在执行保护试验时只调用针对该保护试验的特定程序，其他保护试验程序受影响，因此执行某项保护试验程序并不影响提升机其他保护功能，使得保护试验功能能够自由切换，大大提高了煤矿安全运行的可靠性，试验的时效性，操作的简便性。
附图说明
图1为本发明交互式保护测试系统硬件总体框图；
图2为本发明交互式保护测试系统软件总体框图；
图3为本发明交互式保护测试系统软件控制减速段超速保护试验流程图；
图4为本发明交互式保护测试系统软件控制等速段超速保护试验流程图；
图5为本发明交互式保护测试系统软件控制2m/s定点限速保护试验流程图；
图6为本发明交互式保护测试系统软件控制错向保护试验流程图；
图7为本发明交互式保护测试系统软件控制过负荷保护试验流程图；
图8为本发明交互式保护测试系统软件控制欠电压保护试验流程图；
图9为本发明交互式保护测试系统软件控制深度指示失效保护试验流程图；
图10为本发明交互式保护测试系统软件控制减速功能试验流程图。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1、2，所述测试系统包括硬件部份和软件部分，所述硬件部份由测试平台、PLC模块、模拟信号、测速信号以及上位机组成，其中PLC模块包括CPU模块、模拟量模块、数字量模块、计数模块和通讯模块组成，并通过数据总线连接，通讯模块通过Ethernet与上位机连接。模拟信号分为电流信号(电流传感器)和电压信号(电压传感器)，编码器为测速信号。软件部分由超速保护试验(减速段和等速段)、过负荷试验、欠电压试验、限速保护试验、提升容器位置指示保护试验、减速功能保护试验、错向保护试验七大部分组成，所述测试平台在绞车电控操作台基础上增加了交互式保护测试平台，由一个钥匙开关和一个按钮组成。
所述CPU模块用于控制总线上模块之间的数据传输，并执行用户程序和系统自诊断；
模拟量模块：用于将外部模拟信号(如电压、电流)转换成PLC内部处理用的数字信号，或PLC输出的数字信号转换成控制系统所需的模拟信号(如电压)；
数字量模块：用于将PLC内部信号电平转换成控制系统所要求的外部信号电平，或将控制系统送来的外部数字信号电平转换成PLC内部信号电平；
计数模块：用于进行通用计数和测量的智能型计数器模块，可直接连接到增量编码器、方向传感器、启动器或NAMUR编码器，在达到设定点时输出响应的集成数字量输出；
通讯模块：用于系统与上位机间的数据连接。
模拟信号包括电流信号(电流传感器)和电压信号(电压传感器)。电流传感器是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。电压传感器是一种将被测电量参数转换成直流电流、直流电压并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。电压传感器用于测量电网中波形畸变较严重的电压或电流信号，也可以测量方波，三角波等非正弦波形，编码器为测速信号，编码器通过把机械角度物理量的变化转变成电信号的一种装置，用于测量转动物体的角位移量，角速度，角加速度，通过编码器把这些物理量转变成电信输出给控制系统。
上位机监控系统可接收提升主控系统的信号，用于显示主控系统、交互式保护测试系统的过程状态、曲线、数据记录和报表、报警显示等，具备网络通讯口，能与矿方调度网无缝联接。
软件部分具体介绍如下，如图3-10所示：
(1)减速段超速保护:
定义：系统中有减速段超速保护，按最大运行速度的1.15倍设置保护值和包络线超速保护，按给定速度的1.15倍设置保护值。
设定方法：减速段超速在保护PLC组织块中，包络线超速保护在行程PLC组织程块。
(2)等速段超速保护:
定义：系统中有等速段超速保护，每种运行方式按最大运行速度的1.15倍设置保护值设定方法：等速段超速在保护PLC组织块中。
(3)过负荷保护:
定义：过负荷保护：当回路电流超过过负荷保护预设值时，过负荷保护自动断开电流回路，系统进行安全保护；
主要保护：传动系统通过电流限幅对最大提升负荷进行限制，预置相应的过负荷保护。
辅助保护：高压配电系统综保对下级负荷进行过负荷保护。
设定方法：在传动设备综合保护器和PLC控制器中分别设置定值保护。
(4)欠电压保护
定义：欠电压保护：当线路电压降低到临界安全电压时，系统进行安全保护。
主要保护：传动系统通过电流限幅对最大提升负荷进行限制，预置相应的过负荷和欠电压定值保护。
辅助保护：高压配电系统综保对下级负荷进行欠电压保护。
设定方法：在传动设备控制器和PLC控制器中分别设置定值保护。
(5)2M/S定点限速试验
定义：系统中有2M/S限速保护和减速段超速保护。当绞车运行到2M/S限速开关位置时速度大于2M/S，2M/S限速保护动作；当绞车运行到减速段时，程序中取了减速段四个位置，比较编码器速度和1.1倍设定保护值，大于保护值，减速段超速保护动作。
设定方法：2M/S定点限速保护在保护PLC组织块中。
(6)提升容器位置指示保护
定义：系统中深度指示器深度由编码器计算的实际井深度发送，用两个编码器计算的实际井深度来做提升容器位置保护，当两个编码器有至少一个计算数据有误差时，让该保护动作，立即制动。
设定方法：提升容器位置指示保护在行程PLC组织块中。
(7)错向运行保护
定义：信号系统打点方向与绞车实际运行方向相反时，错向运行保护动作，立即制动设定方法：错向运行保护在保护PLC组织块中；
(8)减速功能保护
定义：当减速点动作时，绞车会自动减速并发出减速警示。
设定方法：减速警示在保护PLC组织块，自动减速在行程PLC组织块。
实施例2：一种矿井提升交互式保护测试方法，该方法将多开关选择保护试验，在操作台上通过一个钥匙开关和一个试验开始按钮实现，具体步骤如下：
(1)打开保护试验钥匙开关；
(2)上位机WINCC界面显示保护试验名称的目录及对应的按钮次数；
(3)根据各保护试验提示所需按下的次数，按试验开始按钮，进行保护试验。
保护试验名称的目录包括超速保护试验、过负荷试验、欠电压试验、限速保护试验、提升容器位置指示保护试验、减速功能保护试验、错向保护试验。
(1)减速段超速保护试验方法：1.将保护试验按钮切换到减速段超速试验，将限幅值降低为0.5m/s，绞车运转速度超过0.5m/s并延时等速段超速保护动作，立即制动；2.将保护试验按钮切换到减速段超速试验，将编码器1和2的速度值强制增加20％，速度超过包络线速度后超速保护动作，立即制动。
(2)等速段超速保护试验方法：将保护试验按钮切换到等速段超速试验，将每个运行方式的限幅值降低为0.5m/s，绞车运转速度超过0.5m/s并延时等速段超速保护动作，立即制动；
(3)过负荷保护试验方法：将保护试验按钮切换到过负荷保护试验，当传动系统电流大于限幅值时，过负荷保护动作，立即制动。
(4)欠电压保护试验方法：将保护试验按钮切换到欠电压试验，当传动系统电压低于限幅值时，欠电压保护动作，立即制动。
(5)2M/S定点限速试验方法：将保护试验按钮切换到减速段超速试验，将限幅值降低为0.5m/s，绞车运转速度超过0.5m/s并减速段超速保护动作，立即制动。
(6)提升容器位置指示保护试验方法：将保护试验按钮切换到提升容器位置指示保护试验，绞车以正常方式开车，当两个编码器计算的实际井深值差超过0.06米，提升容器位置指示保护动作，立即制动。
(7)错向运行保护试验方法：有两种试验方法。第一种为模拟错向运行：将错向试验开关打到开，信号打点，绞车以正常方式运行，程序中利用编码器计算速度的方向与正负0.1M/S做比较，延时1S，错向运行保护动作，立即制动。第二种为溜车试验错向：打到检修方式，打开闸试验开关，信号打点，只松闸把，程序中利用编码器计算速度的方向与正负0.1M/S做比较，延时1S，错向运行保护动作，立即制动。
(8)减速功能保护试验方法：有两种试验方法。第一种减速点开关动作时，并闭锁对应的开车方向，减速点警示继电器保持一秒常亮，驱动警铃动作一秒。第二种在软件减速点动作之前，硬件减速点开关动作并闭锁对应的开车方向，此时强制减速置位点动作，调用低速运行程序，系统以设定的减速度自动减速到停车速度停车。
新的保护试验方法中还包括过卷保护、闸间隙保护、松绳保护其实现操作的方法为：
过卷保护：提升系统中装有硬过卷开关开关，开关位置在出井口位置0.45米，程序中有软过卷0.5米，只需将箕斗或罐笼提升到实际过卷位置即可；
闸间隙保护：试验时只需手动拨动闸盘上的闸间隙开关使其动作，闸瓦间隙保护动作，井口施闸故障，故障未接触时闭锁下一勾不能开车；松绳保护：适用于单绳缠绕式提升机，试验时只需拨动松绳开关使其动作，松绳保护动作，井口施闸故障，故障未接触时闭锁下一勾不能开车。
本发明解决了传统保护试验操作复杂，软件保护难以实现，安全可靠性低等缺点；只用一个保护试验钥匙开关和一个保护转换按钮的操作方式；通过一个旋钮一个按钮就可以实现所有保护的正常试验，减少了传统保护试验开关的数量；简化操作步骤，缩短试验停车时间；
本发明的保护试验功能能够在上位机WINCC画面中能够直观的显示保护试验状态和操作步骤说明，简单实用，安全可靠，试验时间短等优点，避免了漏检、误检的情况；
本发明在执行保护试验时只调用针对该保护试验的特定程序，其他保护试验程序受影响，因此执行某项保护试验程序并不影响提升机其他保护功能，使得保护试验功能能够自由切换，大大提高了煤矿安全运行的可靠性，试验的时效性，操作的简便性。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。
Claims (10)
1.一种矿井提升交互式保护测试系统，其特征在于，所述测试系统包括硬件部份和软件部分，所述硬件部份由测试平台、PLC模块、模拟信号、测速信号以及上位机组成，所述软件部分由超速保护试验、过负荷试验、欠电压试验、限速保护试验、提升容器位置指示保护试验、减速功能保护试验、错向保护试验七部分组成。
2.根据权利要求1所述的矿井提升交互式保护测试系统，其特征在于，所述测试平台在电控操作台基础上增加了交互式保护测试平台，由一个钥匙开关和一个按钮组成。
3.根据权利要求2所述的矿井提升交互式保护测试系统，其特征在于，所述PLC模块包括CPU模块、模拟量模块、数字量模块、计数模块和通讯模块，并通过数据总线连接，通讯模块通过Ethernet与上位机连接；
所述CPU模块用于控制总线上模块之间的数据传输，并执行用户程序和系统自诊断；
模拟量模块：用于将外部模拟信号(如电压、电流)转换成PLC内部处理用的数字信号，或PLC输出的数字信号转换成控制系统所需的模拟信号(如电压)；
数字量模块：用于将PLC内部信号电平转换成控制系统所要求的外部信号电平，或将控制系统送来的外部数字信号电平转换成PLC内部信号电平；
计数模块：用于进行通用计数和测量的智能型计数器模块，可直接连接到增量编码器、方向传感器、启动器或NAMUR编码器，在达到设定点时输出响应的集成数字量输出。
通讯模块：用于系统与上位机间的数据连接。
4.根据权利要求3所述的矿井提升交互式保护测试系统，其特征在于，所述模拟信号包括电流信号(电流传感器)和电压信号(电压传感器)。
5.根据权利要求4所述的矿井提升交互式保护测试系统，其特征在于，所述测速信号由编码器提供；所述上位机可接收提升主控系统的信号，用于显示主控系统、交互式保护测试系统的过程状态、曲线、数据记录和报表、报警显示，所述上位机具备网络通讯口，能与矿方调度网无缝联接。
6.一种矿井提升交互式保护测试方法，其特征在于，该方法将多开关选择保护试验，在操作台上通过一个钥匙开关和一个试验开始按钮实现，具体步骤如下：
(1)打开保护试验钥匙开关；
(2)上位机WINCC界面显示保护试验名称的目录及对应的按钮次数；
(3)根据各保护试验提示所需按下的次数，按试验开始按钮，进行保护试验。
7.根据权利要求6所述的矿井提升交互式保护测试方法，其特征在于，保护试验名称的目录包括超速保护试验、过负荷试验、欠电压试验、限速保护试验、提升容器位置指示保护试验、减速功能保护试验、错向保护试验。
8.根据权利要求7所述的矿井提升交互式保护测试方法，其特征在于，所述超速保护试验包括减速段超速保护和等速段超速保护，具体保护方法如下：
1)将保护试验按钮切换到减速段超速试验，将限幅值降低为0.5m/s，绞车运转速度超过0.5m/s并延时等速段超速保护动作，立即制动；
2)将保护试验按钮切换到减速段超速试验，将编码器1和2的速度值强制增加20％，速度超过包络线速度后超速保护动作，立即制动；
3)将保护试验按钮切换到等速段超速试验，将每个运行方式的限幅值降低为0.5m/s，绞车运转速度超过0.5m/s并延时等速段超速保护动作，立即制动。
9.根据权利要求6所述的交互式保护测试方法，其特征在于，所述过负荷和欠电压保护如下：1)将保护试验按钮切换到过负荷保护试验，当传动系统电流大于限幅值时，过负荷保护动作，立即制动；2)将保护试验按钮切换到欠电压试验，当传动系统电压低于限幅值时，欠电压保护动作，立即制动。
10.根据权利要求7所述的交互式保护测试方法，其特征在于，所述错向运行保护，有两种试验方法，第一种为模拟错向运行：将错向试验开关打到开，信号打点，绞车以正常方式运行，程序中利用编码器计算速度的方向与正负0.1M/S做比较，延时1S，错向运行保护动作，立即制动；第二种为溜车试验错向：打到检修方式，打开闸试验开关，信号打点，只松闸把，程序中利用编码器计算速度的方向与正负0.1M/S做比较，延时1S，错向运行保护动作，立即制动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191213 |