CN202138931U - 用于矿井提升机的数字化控制系统 - Google Patents

Abstract

用于矿井提升机的数字化控制系统，包括通过以太网和CANopen总线、Modbus总线技术连接的可编程控制器PLC（2），与可编程控制器PLC连接的变频器（1）、触摸屏（3）、运动信号装置（4）、视频图像摄取装置（5）、操作控制台（6）、制动液压站（9），变频器还连接有能量处理单元（7）和提升交流电动机（8），提升交流电动机同时与运动信号装置连接，运动信号装置与提升绞车装置（10）连接，提升绞车装置连接制动液压站，同时触摸屏和可编程控制器PLC配置于操作控制台上；变频器和能量处理单元的回馈单元均与电网相连。本实用新型系统结构简单、安全可靠、可有效的提升工作效率，保障运行的安全性和稳定性，且节能降耗效果显著。

Description

用于矿井提升机的数字化控制系统

技术领域

本实用新型属于光电一体化的工业生产过程综合自动化控制技术领域。 

背景技术

我国超过70%的矿井提升机采用以tkd-a为代表的传统交流提升机电控系统。tkd控制系统是由继电器逻辑电路、空气接触器、测速发电机等组成的有触点控制系统；速度调整控制采用电机转子串电阻的“串级调速”方式。经过多年的发展，tkd-a系列提升机电控系统虽然已经形成了自己的特点，然而其不足之处也显而易见，它的电气线路过于复杂化，系统中间继电器、电气接点、电气联线多，造成提升机因电气故障停车事故不断发生。同时电机转子串电阻的“串级调速”方式，其调速性能差，且大量电能消耗在电阻上。 

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种系统结构简单、安全可靠、可有效的提升工作效率，保障运行的安全性和稳定性，同时节能降耗效果显著的用于矿井提升机的数字化控制系统。 

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的。 

用于矿井提升机的数字化控制系统，包括通过以太网和CANopen总线、Modbus总线技术连接的可编程控制器PLC，与可编程控制器PLC连接的变频器、触摸屏、运动信号装置、视频图像摄取装置、操作控制台、制动液压站，变频器还连接有能量处理单元和提升交流电动机，提升交流电动机同时与运动信号装置连接，运动信号装置与提升绞车装置连接，提升绞车装置连接制动液压站，操作控制台同时与触摸屏和视频图像摄取装置连接；变频器和能量处理单元的回馈单元均与电网相连。 

本实用新型所述变频器为ATV71变频器。所述可编程控制器PLC为M340可编程控制器。所述触摸屏为XBTGT-5330触摸屏。所述运动信号装置为E6B2-CWZ5B旋转编码器。在操作控制台上设置有紧急按钮、电源主开关合闸按钮、电源主开关分闸按钮、运行方式转换开关、提升类型转换开关、速度辅助给定手柄、制动手柄、液压站制动泵启动按钮、液压站制动泵停止按钮、下放目标转换开关、提升目标转换开关。 

本实用新型至少具有以下技术效果： 

1、系统以现代控制技术和通讯技术为基础；从监控到设备数据的获取，能够真正实现所有电气自动化产品间的协同工作。通过以太网和CANopen总线、Modbus总线技术，PLC与变频器和触摸屏，PLC与运动信号装置产品，触摸屏与视频图像摄取装置，Vijeo Citect配置和管理软件；通过软件编程、动态画面设计、组态，实现简单方便的整合与数字和画面的传输。 

2、系统选用适宜于提升机的变频器，把频率固定的电网交流电变换为频率可调的交流电供给交流电动机，通过改变交流电动机定子供电频率，实现交流电动机大范围的无级平滑调速。在运行过程中能随时根据负载情况和提升要求，始终处于最佳运行状态，满足提升机特殊工作环境的要求。通过PLC控制变频器的输出频率大小。PLC选用能够适应最严峻的工业环境的稳定可靠且高性能的PLC，接收现场各项命令和反馈信号，如来自旋转编码器的运动脉冲信号、光电开关和限位开关的位置信号、控制台速度手柄和制动手柄的给定信号等。通过软件编程对提升过程进行控制、保护、监测监控。并与变频器和触摸屏及其上位机进行数字传输，实现对提升速度、位置等的精确控制。触摸屏可动漫显示提升机的运行轨迹，数字显示速度、位置、距离等，接受视频图像信号，自动转换显示特殊位置的视频图像；整个系统的操作控制、PLC、触摸屏、按钮、指示灯均设置于操作控制台上，两把操作手柄分别用于速度辅助给定及制动力给定，通过操作控制台可以设定系统的工作方式和控制方式，可以发布系统的各种控制命令。通过PLC以实现对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车以及紧急制动等各种控制功能；运动信号装置包括有旋转编码器，光电开关，限位开关等，旋转编码器将运动件的运动速率通过脉冲信号传输给PLC，通过软件编程计算运动件的速度、位置、距离等，并在触摸屏上显示运行轨迹。实现对运动件的控制；视频图像通过摄像头将视频信号传输给硬盘录像机，再行传输给触摸屏，并通过PLC的控制，对触摸屏上的视频图像实现单画面或多画面显示；能量处理单元与变频器相连，同时能量处理单元的回馈单元和电网相连，将提升机减速过程所产生的能量和下放过程所产生的能量进行消耗或回馈电网。 

3、系统可实现载人、载物、检修等多类型、多段速和不同加减速，“S”型曲线运行控制，实现无级调速，低速时也能保证较硬的机械特性，实现加减速平滑快捷，停车准确稳定，有效的提升工作效率，保障运行的安全性和稳定性。 

4、系统通过直接检测电机的启动转矩来控制报闸打开时间，同时还具有零速负载保持功能；合理的报闸打开、关闭的时序控制，确保系统安全，做到不溜车，不冲击。 

采用变频器和PLC技术的本实用新型应用于矿井提升，可有效的提升工作效率，保障运行的安全性和稳定性，同时节能降耗效果显著。 

下面结合说明书附图和具体实施例进一步阐述本实用新型的内容。 

附图说明

图1是本实用新型控制系统图； 

图2是本实用新型控制系统拓扑图；

图3是控制台结构示意图；

图4是本实用新型程序控制流程图；

图5是本实用新型运行时的“S”型曲线运行控制流程图。

图中，1-变频器；2-可编程控制器PLC；3-触摸屏；4-运动信号装置；5-视频图像摄取装置；6-操作控制台；7-能量处理单元；8-提升交流电动机；9-制动液压站；10-提升绞车装置；11-电源开关； -紧急按钮；

-电源主开关合闸按钮；-电源主开关分闸按钮；

-运行方式转换开关；

-提升类型转换开关；

-速度辅助给定手柄；

-制动手柄；

-液压站制动泵启动按钮；-液压站制动泵停止按钮；

-下放目标转换开关； -提升目标转换开关。 

具体实施方式

如图所示，本实用新型包括通过以太网和CANopen总线、Modbus总线技术可编程控制器PLC2，与可编程控制器PLC连接的变频器1、触摸屏3、运动信号装置4、视频图像摄取装置5、操作控制台6、制动液压站9，变频器1还连接有能量处理单元7和提升交流电动机8，提升交流电动机8同时与运动信号装置4连接，运动信号装置4与提升绞车装置10连接，提升绞车装置10连接制动液压站9，同时触摸屏3和可编程控制器PLC2配置于操作控制台6上；变频器1和能量处理单元7的回馈单元均与电网相连。所述变频器1为ATV71变频器。所述可编程控制器PLC为M340可编程控制器。所述触摸屏3为XBTGT-5330触摸屏。所述运动信号装置4为E6B2-CWZ5B旋转编码器等。本实用新型所用的变频器1、可编程控制器PLC2、触摸屏3、运动信号装置4、视频图像摄取装置5、能量处理单元7、提升交流电动机8、制动液压站9、提升绞车装置10、电源开关11均采用现有技术器件。能量处理单元7包括能量回馈单元或能量制动单元。在操作控制台（6）上设置有紧急按钮

、电源主开关合闸按钮、电源主开关分闸按钮

、运行方式转换开关

、提升类型转换开关

、速度辅助给定手柄

、制动手柄、液压站制动泵启动按钮

、液压站制动泵停止按钮

、下放目标转换开关

、提升目标转换开关  。 

变频器：把频率固定的电网交流电变换为频率可调的交流电供给交流电动机，通过改变交流电动机定子供电频率，实现提升电动机大范围的无级平滑调速，在运行过程中能随时根据负载情况和提升要求，始终处于最佳运行状态，满足提升机特殊工作环境的要求。 

可编程控制器PLC：接收现场各项命令和控制信号，通过软件编程对提升过程进行控制、保护、监测监控等，并进行数字传输；通过来自旋转编码器、光电开关等的反馈信号，对速度、位置等实现精确的控制。 

触摸屏：动漫显示提升机的运行轨迹，数字显示速度、位置、距离等；接受视频图像信号，自动转换显示特殊位置的视频图像。 

运动信号装置：其旋转编码器将运动件的运动速率通过脉冲信号传输给PLC，光电开关、限位开关、压力开关等将各项信号传输给PLC。 

视频图像摄取装置：通过摄像头将视频信号传输给硬盘录像机，再行传输给触摸屏，并通过PLC的控制，对触摸屏上的视频图像实现单画面或多画面显示。 

操作控制台：系统的操作控制均设置于操作控制台，通过它可以设定系统的工作方式和控制方式，可以发布系统的各种控制命令。同时，操作控制台设置两个手柄，分别用于速度辅助给定及制动力给定。通过操作控制以实现对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车以及紧急制动等各种控制功能。 

能量处理单元：将减速过程所产生的能量和下放过程所产生的能量进行消耗或回馈电网。 

本实用新型的工作过程如下： 

1、系统送电：按下电源主开关合闸按钮

，系统得电，PLC如图4所示自检和检测现场各项命令和反馈信号，如来自旋转编码器的运动脉冲信号、光电开关和限位开关的位置信号、控制台速度手柄和制动手柄的位置与给定信号等。 

2、当司机接收到开车信号时，选择：运行方式转换开关

，以确定是采用手动还是自动方式；提升类型转换开关

，确定是载物还是载人或是检修方式；目标转换开关或   ；按下液压站制动泵启动按钮

，启动液压站9制动泵工作，松开制动力给定手柄

，同时速度辅助给定手柄

推向前（下放）或拉向后（提升），提升机开始运行；此时，变频器1根据可编程控制器PLC给出的变化的模拟量数值输出变化的频率给提升交流电动机8，提升交流电动机拖动提升绞车装置10按给定的速度运行；速度按“S”型曲线运行，实现对提升机启动、加速、平稳运行、减速、停车，如图5所示。 

3、运行中的速度、距离、位置通过旋转编码器等运动信号装置4反馈给PLC，PLC按设定的控制程序进行计算，并接收实时的操作控制命令，进行输出控制变频器1、液压站9、电源开关11。通过与触摸屏3的通信连接，在触摸屏上显示速度、距离、位置和运行轨迹，同时，触摸屏接收视频图像摄取装置5摄取的现场视频摄像并由PLC控制位置图像在触摸屏上显示。 

4、下放过程中和提升减速过程中产生的能量通过能量处理单元7回馈电网（能量回馈单元）或消耗（能量制动单元）。 

Claims (6)

1.用于矿井提升机的数字化控制系统，其特征在于，包括通过以太网和CANopen总线、Modbus总线技术连接的可编程控制器PLC（2），与可编程控制器PLC连接的变频器（1）、触摸屏（3）、运动信号装置（4）、视频图像摄取装置（5）、操作控制台（6）、制动液压站（9），变频器（1）还连接有能量处理单元（7）和提升交流电动机（8），提升交流电动机（8）同时与运动信号装置（4）连接，运动信号装置（4）与提升绞车装置（10）连接，提升绞车装置（10）连接制动液压站（9），同时触摸屏（3）和可编程控制器PLC（2）配置于操作控制台（6）上；变频器（1）和能量处理单元的回馈单元（7）均与电网相连。

2.根据权利要求1所述的用于矿井提升机的数字化控制系统，其特征在于，所述变频器（1）为ATV71变频器。

3.根据权利要求1所述的用于矿井提升机的数字化控制系统，其特征在于，所述可编程控制器PLC（2）为M340可编程控制器。

4.根据权利要求1所述的用于矿井提升机的数字化控制系统，其特征在于，所述触摸屏（3）为XBTGT-5330触摸屏。

5.根据权利要求1所述的用于矿井提升机的数字化控制系统，其特征在于，所述运动信号装置（4）为E6B2-CWZ5B控制器。

6.根据权利要求1所述的用于矿井提升机的数字化控制系统，其特征在于，在操作控制台（6）上设置有紧急按钮（ 

）、电源主开关合闸按钮(

)、电源主开关分闸按钮（

）、运行方式转换开关（

）、提升类型转换开关（

）、速度辅助给定手柄（）、制动手柄()、液压站制动泵启动按钮(

)、液压站制动泵停止按钮(

)、下放目标转换开关(

)、提升目标转换开关( )。

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