CN117142380B - 一种矿用提升机电控自动开车系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种矿用提升机电控自动开车系统，电控自动开车系统包括开车回路、工作闸控制回路、安全闸控制回路、PLC一和PLC二；开车回路包括手动/自动按钮、油泵控制按钮、急停按钮、主令手柄；手动/自动按钮用于矿用提升机的工作模式选择；油泵控制按钮用于控制油泵的启闭；急停按钮用于控制制动装置；主令手柄用于控制电机的转向及转速；工作闸控制回路包括制动手柄、闸控板、液压站的比例溢流阀；PLC一、PLC二接收制动手柄的电压信号，并通过闸控板输入到液压站的比例溢流阀；液压站的比例溢流阀用于控制油压的大小；安全闸控制回路用于矿用提升机的紧急制动。

Description

一种矿用提升机电控自动开车系统

技术领域

本发明涉及煤矿用提升机电控设备领域，具体说是一种矿用提升机电控自动开车系统。

背景技术

矿用提升机包括提升容器、制动装置、电机、电控设备。矿用提升机电控主要用于煤矿井下，是决定矿山生产能力的关键设备，具有启动、停止频繁的特点，目前，我国大部分煤矿井下仍采用老式提升机电控系统，随着智慧矿山的推进，对自动化要求程度越来越高，老式提升机电控系统由于是人为操作，可操作性差，控制能力差、维护困难，不适合煤矿生产的需要。

发明内容

为解决上述技术问题，为了克服传统提升机电控系统的不足，本发明提供了一种适用于煤矿场所的矿用提升机电控自动开车系统，该系统有两种工作模式，当手动/自动按钮处于手动模式时，需要司机通过主令手柄和制动手柄，完成提升方向的选择以及对速度的控制和对制动力矩的控制，从而实现PLC对变频器正向和反向的控制，达到电机的正转和反转。当手动/自动按钮处于自动模式时，无需有司机操作，PLC自动采集是否具备自动开车的条件，如果满足开车条件，将根据采集到的控制指令，自动控制变频器的正向运行和反向运行，从而控制电机的正转和反转。

本发明一种矿用提升机电控自动开车系统，所述电控自动开车系统用于控制矿用提升机；所述矿用提升机包括电机、变频器、制动装置、电源、液压站；变频器与电机连接；液压站通过油泵及油管为制动装置提供制动用的油压；

电控自动开车系统包括开车回路、工作闸控制回路、安全闸控制回路、PLC一和PLC二；

所述开车回路包括手动/自动按钮、油泵控制按钮、急停按钮、主令手柄；手动/自动按钮、油泵控制按钮、急停按钮、主令手柄均分别与PLC一、PLC二连接；手动/自动按钮用于矿用提升机的工作模式选择；油泵控制按钮用于控制油泵的启闭；急停按钮用于控制制动装置；所述主令手柄用于控制电机的转向及转速；

工作闸控制回路包括制动手柄、闸控板、液压站的比例溢流阀；

PLC一、PLC二接收制动手柄的电压信号，并通过闸控板输入到液压站的比例溢流阀；液压站的比例溢流阀用于控制油压的大小；安全闸控制回路用于矿用提升机的紧急制动。

进一步的，所述开车回路还包括继电器一、继电器二；

所述手动/自动按钮连接到PLC一的第一输入端和PLC二的第一输入端，油泵控制按钮连接到PLC一的第二输入端和PLC二的第二输入端，急停按钮连接到PLC一的第三输入端和PLC二的第三输入端，主令手柄的正向接点连接到PLC一的第四输入端和PLC二的第四输入端，主令手柄的反向接点连接到PLC一的第五输入端和PLC二的第五输入端，主令手柄的速度给定接点连接到PLC一的第一模拟量输入端和PLC二的第一模拟量输入端；PLC一的第一输出端和PLC二的第一输出端与继电器一的控制线圈连接，继电器一的常开触点与变频器的正转控制端口连接，PLC一的第二输出端和PLC二的第二输出端与继电器二的控制线圈连接，继电器二的常开触点与变频器的反转控制端口连接，PLC一的第一模拟量输出端和PLC二的第一模拟量输出端与变频器的速度给定端口相连接，变频器的驱动输出端与电机连接。

进一步的，所述制动手柄的第一接点连接到PLC一的第六输入端和PLC二的第六输入端，制动手柄的第二接点连接PLC一的第二模拟量输入端和PLC二的第二模拟量输入端，PLC一的第二模拟量输出端和PLC二的第二模拟量输出端连接闸控板的输入端，闸控板的输出端连接液压站的比例溢流阀。

进一步的，所述安全闸控制回路包括继电器三、继电器四、时间继电器、电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三；所述电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三均设置在油管上；

PLC一的第三输出端和PLC二的第三输出端与继电器三的控制线圈连接，PLC一的第四输出端和PLC二的第四输出端与继电器四的控制线圈连接；

电源的正端与继电器三的第一常开触点的一端连接，继电器三的第一常开触点的另一端与时间继电器的线圈的一端连接，时间继电器的线圈的一端还与电磁阀一的一端连接；

电源的负端与继电器三的第二常开触点的一端连接，继电器三的第二常开触点的另一端与时间继电器的线圈的另一端连接；时间继电器的线圈的另一端还与电磁阀一的另一端连接；

电源的正端与时间继电器的常开触点的第一端连接，时间继电器的常开触点的第二端通过继电器四的常闭触点以及电磁阀三与电源的负端连接；

电源的正端与继电器四的常开触点的一端连接，继电器四的常开触点的另一端通过电磁阀二与电源的负端连接；时间继电器的常开触点的第三端与继电器四的常开触点的另一端连接。

进一步的，所述工作模式包括手动模式和自动模式；

当手动/自动按钮处于手动模式时，司机可通过主令手柄和制动手柄对矿用提升机进行手动控制；

当手动/自动按钮处于自动模式时， PLC一、PLC二自动采集并分析矿用提升机的当前自动开车条件，并与预设自动开车条件相比较；若当前自动开车条件满足预设自动开车条件，则根据当前自动开车条件所携带的控制指令，进行变频器的控制，以此来对电机进行控制。

本发明的有益效果：

本发明可以根据需要进行两种工作模式的切换，即可手动满足个别的提升需求，又可自动完成常态化的提升需求。

本发明实现了无人值守，达到了减员增效的目的，本系统具有良好的性能，功能齐全、安装维护简便、使用灵活、安全、高效、可靠。为煤矿安全生产提供了保障。

本发明设置两个PLC控制器，两个PLC即可同时工作，提升矿用提升机的安全。又可在其中一个PLC控制出现问题时，由另一个PLC单独完成控制，不影响作业。

附图说明

图1为开车回路示意图；

图2 为工作闸控制回路示意图；

图3为安全闸控制回路示意图。

附图标记说明

101、PLC一，103、PLC二，105、手动/自动按钮，106、油泵控制按钮，107、急停按钮，108、主令手柄，109、继电器一，110、继电器二，111、变频器，112、电机，301、继电器三，302、继电器四，303、时间继电器，304、电磁阀一，305、电磁阀二，306、电磁阀三，201、制动手柄，202、闸控板，203、比例溢流阀；

PLC一的各端口的标号：

1011、第一输入端， 1018、第一输出端，

1012、第二输入端， 1019、第二输出端，

1013、第三输入端， 1020、第三输出端，

1014、第四输入端，

1015、第五输入端， 1021、第四输出端，

1023、第一模拟量输入端，1024、第一模拟量输出端

1016、第六输入端，

1017、第一模拟量输入端，1022、第二模拟量输出端；

PLC二的各端口的标号：

1031、第一输入端， 1038、第一输出端，

1032、第二输入端， 1039、第二输出端，

1033、第三输入端， 1040，第三输出端，

1034、第四输入端，

1035、第五输入端， 1041、第四输出端，

1043、第一模拟量输入端，1044、第一模拟量输出端，

1036、第六输入端，

1037、第一模拟量输入端，1042、第二模拟量输出端；

继电器一的各端口的标号：

1091、控制线圈，1092、常开触点；

继电器二的各端口的标号：

1101、控制线圈，1102、常开触点；

继电器三的各端口的标号：

3011、控制线圈，3012、第二常开触点，3013、第一常开触点；

继电器四的各端口的标号：

3021、控制线圈，3022、常开触点，3023、常闭触点；

时间继电器的各端口的标号：

3031、线圈，3032、常开触点；

变频器的各端口的标号：

1111、正转控制端口，1112、反转控制端口，

1113、速度给定端口，1114、驱动输出端；

闸控板的各端口的标号：

2021、输入端，2022、输出端。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明一种矿用提升机电控自动开车系统，电控自动开车系统有两种工作模式，分别为手动模式和自动模式。手动模式需要司机手动来完成矿用提升机的提升方向的选择、速度的控制及制动力矩的控制。自动模式则无需司机操作，由电控自动开车系统的PLC自动采集矿用提升机是否满足预设自动开车条件，并根据相应的控制指令，控制矿用提升机来完成相应的操作。

矿用提升机包括电机112、变频器111、制动装置、电源、液压站。变频器111与电机112连接；液压站通过油泵为制动装置提供制动用的油压；

液压站的油箱通过油泵及油管连接制动装置的制动盘；

制动装置包括制动盘，当需要通过制动盘制动时，需要通过油压来控制，当油压降低或消失时，制动盘依靠弹性势能，使制动盘与卷筒密贴，形成制动力矩，实现制动。

电控自动开车系统包括开车回路、工作闸控制回路、安全闸控制回路、PLC一101和PLC二103。

如图1所示，开车回路包括手动/自动按钮105、油泵控制按钮106、急停按钮107、主令手柄108、继电器一109和继电器二110。手动/自动按钮105、油泵控制按钮106、急停按钮107、主令手柄108均分别与PLC一101、PLC二103连接；手动/自动按钮（105）用于矿用提升机的工作模式选择；油泵控制按钮106用于控制油泵的启闭；急停按钮107用于控制制动装置；主令手柄用于控制电机112的转向及转速。

如图1所示，开车回路的具体连接关系如下：

手动/自动按钮105连接到PLC一101的第一输入端1011和PLC二103的第一输入端1031，油泵控制按钮106连接到PLC一101的第二输入端1012和PLC二103的第二输入端1032，急停按钮107连接到PLC一101的第三输入端1013和PLC二103的第三输入端1033，主令手柄108的正向接点连接到PLC一101的第四输入端1014和PLC二103的第四输入端1034，主令手柄108的反向接点连接到PLC一101的第五输入端1015和PLC二103的第五输入端1035，主令手柄108的速度给定接点连接到PLC一101的第一模拟量输入端1023和PLC二103的第一模拟量输入端1043；PLC一101的第一输出端1018和PLC二103的第一输出端1038与继电器一109的控制线圈1091连接，继电器一109的常开触点1092与变频器111的正转控制端口1111连接，PLC一101的第二输出端1019和PLC二103的第二输出端1039与继电器二110的控制线圈1101连接，继电器二110的常开触点1102与变频器111的反转控制端口1112连接，PLC一101的第一模拟量输出端1024和PLC二103的第一模拟量输出端1044与变频器111的速度给定端口1113相连接，变频器111的驱动输出端1114与电机112连接。

工作闸回路包括制动手柄201、闸控板202、液压站的比例溢流阀203。PLC一101、PLC二103接收制动手柄201的电压信号，并通过闸控板202输入到液压站的比例溢流阀203；液压站的比例溢流阀203用于控制油压的大小。

如图2所示，工作闸控制回路的具体连接关系如下：

制动手柄201的第一接点连接到PLC一101的第六输入端1016和PLC二103的第六输入端1036，制动手柄201的第二接点连接PLC一101的第二模拟量输入端1017和PLC二103的第二模拟量输入端1037，PLC一101的第二模拟量输出端1022和PLC二103的第二模拟量输出端1042连接闸控板202的输入端2021，闸控板202的输出端2022连接液压站的比例溢流阀203。

安全闸控制回路包括继电器三301、继电器四302、时间继电器303、电磁阀一304、电磁阀二305、电磁阀三306。

如图3所示，安全闸控制回路的具体连接关系如下：

PLC一101的第三输出端1020和PLC二103的第三输出端1040与继电器三301的控制线圈3011连接，PLC一101的第四输出端1021和PLC二103的第四输出端1041与继电器四302的控制线圈3021连接；

电源的正端与继电器三301的第一常开触点3013的一端连接，继电器三301的第一常开触点3013的另一端与时间继电器303的线圈3031的一端连接，时间继电器303的线圈3031的一端还与电磁阀一304的一端连接；

电源的负端与继电器三301的第二常开触点3012的一端连接，继电器三301的第二常开触点3012的另一端与时间继电器303的线圈3031的另一端连接；时间继电器303的线圈3031的另一端还与电磁阀一304的另一端连接；

电源的正端与时间继电器303的常开触点3032的第一端连接，时间继电器303的常开触点3032的第二端通过继电器四302的常闭触点3023以及电磁阀三306与电源的负端连接；

电源的正端与继电器四302的常开触点3022的一端连接，继电器四302的常开触点3022的另一端通过电磁阀二305与电源的负端连接；时间继电器303的常开触点3032的第三端与继电器四302的常开触点3022的另一端连接。

本发明的工作过程是：

当手动/自动按钮105处于手动模式时，需要司机按下油泵控制按钮106，启动液压站的油泵，建立油压，为矿用提升机运行做好准备，当矿用提升机提升时（即电机112正向运行），司机同时正向推动主令手柄108和制动手柄201，PLC一101的第一输出端1018和PLC二103的第一输出端1038驱动继电器一109的控制线圈1091，使继电器一109的常开触点1092闭合，以此来驱动变频器111的正向运行，从而控制电机112正转运行。主令手柄108的速度给定接点与PLC一101的第一模拟量输入端1023和PLC二103的第一模拟量输入端1043相连，通过调节主令手柄108的大小，控制变频器111的速度给定端口1113的大小，从而调节变频器11控制电机112速度的快慢，在推动制动手柄201的同时，制动手柄201的第二接点接入到PLC一101的第二模拟量输入端1017和PLC二103的第二模拟量输入端1037，PLC一101的第二模拟量输出端1022和PLC二103的第二模拟量输出端1042连接到闸控板202的输入端2021，闸控板202的输出端2022连接到液压站的比例溢流阀203。这样就可以通过推动制动手柄201的大小来调节闸控板202的输入电压，闸控板202将得到的制动手柄201的电压信号通过功放后由闸控板202的输出端2022输出到液压站的比例溢流阀203。实现对比例溢流阀203的系统残压和系统最大压力的调节，从而完成工作闸的制动力矩的控制，达到工作制动的目的。当矿用提升机下放时（即电机112反向运行），同时反向推动主令手柄108和制动手柄201，PLC一101的第二输出端1019和PLC二103的第二输出端1039驱动继电器二110的控制线圈1101，使继电器二110的常开触点1102闭合，驱动变频器111的反向运行，从而控制电机112反转运行。速度调节及工作闸控制回路提升和下放工作原理相同。

当手动/自动按钮105处于自动模式时，无需司机操作，PLC一101和PLC二103自动采集并分析得到矿用提升机的当前自动开车条件，并与预设自动开车条件相比较；若当前自动开车条件满足预设自动开车条件，则根据当前自动开车条件所携带的控制指令，进行变频器111的控制。比如，如果满足预设自动开车条件，自动启动液压站的油泵，建立油压，进一步的根据PLC采集到的提升或下放等控制指令，根据预设的速度值，自动控制变频器111的正向运行和反向运行，从而控制电机112的正转和反转。

安全闸控制回路主要是对电磁阀一304、电磁阀二305、电磁阀三306的控制，通过对电磁阀一304，电磁阀二305，电磁阀三306的控制可以实现矿用提升机的安全制动。安全闸分为一级制动和二级制动。当系统正常工作时，PLC一101的第三输出端1020和PLC二103的第三输出端1040驱动继电器三301的控制线圈3011，使继电器三301的第二常开触点3012和第一常开触点3013处于导通状态，此时时间继电器303的线圈3031得电，时间继电器303的常开触点3032处于导通状态，电磁阀一304和电磁阀三306处于得电状态，油管中的油通过电磁阀一304和电磁阀三306提供到制动盘上，PLC一101的第四输出端1021和PLC二103的第四输出端1041取消对继电器四302的控制，时间继电器303的常开触点3032处于断开状态，继电器四302的常开触点3022也处于断开状态，从而电磁阀二305处于失电状态，阻止了油管中的油回流，矿用提升机正常运行。当发生紧急情况时，通过PLC一101的第三输出端1020和PLC二103的第三输出端1040取消对继电器三301的控制线圈3011的控制，继电器三301的第二常开触点3012和第一常开触点3013处于断开状态，此时电磁阀一304失电，油管中的一部分油通过电磁阀一304回到液压站的油箱，由于通过时间继电器303的常开触点3032延时断开，使电磁阀三306延时断电，同样经过了时间继电器303的常开触点3032的延时导通，电磁阀二305延时得电，另一部分油在经过延时后通过电磁阀二305和电磁阀三306回到液压站的油箱，这种分两次将制动力矩施加在制动盘上，称为两级制动，两级制动一般用于井中制动。当提升到达井口位置时，需要实施一级制动，此时PLC一101的第三输出端1020和PLC二103的第三输出端1040取消对继电器三301的控制线圈3011的控制，电磁阀一304断电，同时PLC一101的第四输出端1021和PLC二103的第四输出端1041驱动对继电器四302的控制线圈3021的控制，继电器四302的常闭触点3023断开，使电磁阀三306立即失电，继电器四302的常开触点3022导通，使电磁阀二305立即得电，油管中的油通过电磁阀一304、电磁阀二305、电磁阀三306马上回到油箱，实现了一级制动。

本发明以PLC作为核心器件，实现了对系统的控制，可以在PLC上预留以太网接口，通过以太网接口可以与PLC建立通讯连接，可以对系统数据进行实时的监测。

显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种矿用提升机电控自动开车系统，其特征在于：所述电控自动开车系统用于控制矿用提升机；所述矿用提升机包括电机（112）、变频器（111）、制动装置、电源、液压站；变频器（111）与电机（112）连接；液压站通过油泵及油管为制动装置提供制动用的油压；

所述电控自动开车系统包括开车回路、工作闸控制回路、安全闸控制回路、PLC一（101）和PLC二（103）；

所述开车回路包括手动/自动按钮（105）、油泵控制按钮（106）、急停按钮（107）、主令手柄（108）；手动/自动按钮（105）、油泵控制按钮（106）、急停按钮（107）、主令手柄（108）均分别与PLC一（101）、PLC二（103）连接；手动/自动按钮（105）用于矿用提升机的工作模式选择；油泵控制按钮（106）用于控制油泵的启闭；急停按钮（107）用于控制制动装置；所述主令手柄用于控制电机（112）的转向及转速；

工作闸控制回路包括制动手柄（201）、闸控板（202）、液压站的比例溢流阀（203）；

PLC一（101）和PLC二（103）接收制动手柄（201）的电压信号，并通过闸控板（202）输入到液压站的比例溢流阀（203）；液压站的比例溢流阀（203）用于控制油压的大小；安全闸控制回路用于矿用提升机的紧急制动；

所述安全闸控制回路包括继电器三（301）、继电器四（302）、时间继电器（303）、电磁阀一（304）、电磁阀二（305）、电磁阀三（306）；所述电磁阀一（304）、电磁阀二（305）、电磁阀三（306）均设置在油管上；

PLC一（101）的第三输出端（1020）和PLC二（103）的第三输出端（1040）与继电器三（301）的控制线圈（3011）连接，PLC一（101）的第四输出端（1021）和PLC二（103）的第四输出端（1041）与继电器四（302）的控制线圈（3021）连接；

电源的正端与继电器三（301）的第一常开触点（3013）的一端连接，继电器三（301）的第一常开触点（3013）的另一端与时间继电器（303）的线圈（3031）的一端连接，时间继电器（303）的线圈（3031）的一端还与电磁阀一（304）的一端连接；

电源的负端与继电器三（301）的第二常开触点（3012）的一端连接，继电器三（301）的第二常开触点（3012）的另一端与时间继电器（303）的线圈（3031）的另一端连接；时间继电器（303）的线圈（3031）的另一端还与电磁阀一（304）的另一端连接；

电源的正端与时间继电器（303）的常开触点（3032）的第一端连接，时间继电器（303）的常开触点（3032）的第二端通过继电器四（302）的常闭触点（3023）以及电磁阀三（306）与电源的负端连接；

电源的正端与继电器四（302）的常开触点（3022）的一端连接，继电器四（302）的常开触点（3022）的另一端通过电磁阀二（305）与电源的负端连接；时间继电器（303）的常开触点（3032）的第三端与继电器四（302）的常开触点（3022）的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的一种矿用提升机电控自动开车系统，其特征在于：所述开车回路还包括继电器一（109）、继电器二（110）；

所述手动/自动按钮（105）连接到PLC一（101）的第一输入端（1011）和PLC二（103）的第一输入端（1031），油泵控制按钮（106）连接到PLC一（101）的第二输入端（1012）和PLC二（103）的第二输入端（1032），急停按钮（107）连接到PLC一（101）的第三输入端（1013）和PLC二（103）的第三输入端（1033），主令手柄（108）的正向接点连接到PLC一（101）的第四输入端（1014）和PLC二（103）的第四输入端（1034），主令手柄（108）的反向接点连接到PLC一（101）的第五输入端（1015）和PLC二（103）的第五输入端（1035），主令手柄（108）的速度给定接点连接到PLC一（101）的第一模拟量输入端（1023）和PLC二（103）的第一模拟量输入端（1043）；PLC一（101）的第一输出端（1018）和PLC二（103）的第一输出端（1038）与继电器一（109）的控制线圈（1091）连接，继电器一（109）的常开触点（1092）与变频器（111）的正转控制端口（1111）连接，PLC一（101）的第二输出端（1019）和PLC二（103）的第二输出端（1039）与继电器二（110）的控制线圈（1101）连接，继电器二（110）的常开触点（1102）与变频器（111）的反转控制端口（1112）连接，PLC一（101）的第一模拟量输出端（1024）和PLC二（103）的第一模拟量输出端（1044）与变频器（111）的速度给定端口（1113）相连接，变频器（111）的驱动输出端（1114）与电机（112）连接。

3.根据权利要求2所述的一种矿用提升机电控自动开车系统，其特征在于：所述制动手柄（201）的第一接点连接到PLC一（101）的第六输入端（1016）和PLC二（103）的第六输入端（1036），制动手柄（201）的第二接点连接PLC一（101）的第二模拟量输入端（1017）和PLC二（103）的第二模拟量输入端（1037），PLC一（101）的第二模拟量输出端（1022）和PLC二（103）的第二模拟量输出端（1042）连接闸控板（202）的输入端（2021），闸控板（202）的输出端（2022）连接液压站的比例溢流阀（203）。

4.根据权利要求1所述的一种矿用提升机电控自动开车系统，其特征在于：所述工作模式包括手动模式和自动模式；

当手动/自动按钮（105）处于手动模式时，司机可通过主令手柄（108）和制动手柄（201）对矿用提升机进行手动控制；

当手动/自动按钮（105）处于自动模式时， PLC一（101）、PLC二（103）自动采集并分析矿用提升机的当前自动开车条件，并与预设自动开车条件相比较；若当前自动开车条件满足预设自动开车条件，则根据当前自动开车条件所携带的控制指令，进行变频器（111）的控制，以此来对电机（112）进行控制。