非煤礦山提升系統(tǒng)PLC保護(hù)措施

程帥

摘 要：我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，加速了我國(guó)對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求，在礦石的開(kāi)采過(guò)程中，礦井提升機(jī)被稱為礦山的咽喉，是礦山采礦最重要的進(jìn)出設(shè)備，礦山提升機(jī)的安全性與可靠性直接影響著礦山開(kāi)采的安全，對(duì)于礦山的正常開(kāi)采有著十分重要的意義。為提高礦山提升機(jī)的安全性，通過(guò)將礦山提升機(jī)與PLC相結(jié)合，在改造礦山提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提高礦山提升機(jī)的安全性與可靠性，文章將在分析PLC的控制與保護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)PLC在礦山提升機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行分析闡述。

關(guān)鍵詞：礦山提升機(jī)；PLC安全；保護(hù)措施

前言

礦山提升機(jī)是一種應(yīng)用在礦井生產(chǎn)中的大型關(guān)鍵性設(shè)備，是構(gòu)成礦山開(kāi)采設(shè)備中的重要一環(huán)，主要用于升降人員和設(shè)備，是溝通井下與地表生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備的關(guān)鍵性設(shè)備，因此，提高礦山提升機(jī)的安全性與可靠性有著十分重要的現(xiàn)實(shí)性意義。原有的礦山提升機(jī)雖然也采用了一些保護(hù)措施，但是由于礦山提升機(jī)所使用的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境十分復(fù)雜、惡劣使得礦山提升機(jī)所采用的保護(hù)措施無(wú)法達(dá)到其預(yù)期效果，使得礦山提升機(jī)的生產(chǎn)安全事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了礦山的正常生產(chǎn)。利用現(xiàn)代電子技術(shù)與礦山提升機(jī)相結(jié)合，提高礦山提升機(jī)保護(hù)措施的電子化、信息化程度，有效地提高礦山提升機(jī)的使用可靠性與安全性是現(xiàn)今乃至今后一段時(shí)間礦山提升機(jī)保護(hù)措施發(fā)展的重點(diǎn)。

1 礦山提升機(jī)的分類及組成

礦山提升機(jī)主要由機(jī)械和電氣兩大部分組成，其中機(jī)械部分主要是由減速器、井架和裝卸機(jī)構(gòu)等組成，而電氣控制部分主要由電動(dòng)機(jī)、電控系統(tǒng)和制動(dòng)部分等組成。我國(guó)對(duì)于礦山提升機(jī)的分類主要依據(jù)的是提升機(jī)的類型，可以將其分為纏繞式提升機(jī)和摩擦式提升機(jī)兩大類。礦山提升機(jī)是一種在礦山開(kāi)采中應(yīng)用較多的設(shè)備。

2 礦山提升機(jī)的后備保護(hù)

在礦山提升機(jī)中本身設(shè)計(jì)有一定的保護(hù)措施，但是由于礦山提升機(jī)惡劣的現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境以及監(jiān)控方法和手段的不足導(dǎo)致礦山提升機(jī)中的保護(hù)措施無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果，為提高礦山提升機(jī)的可靠性與安全性，在原有基礎(chǔ)上增加一套后備保護(hù)裝置是行之有效的措施。其中后備保護(hù)主要具有：顯示功能（速度、深度等）、保護(hù)功能（超速保護(hù)、自動(dòng)減速、減速段保護(hù)以及深度指示器失效保護(hù)等）。

3 PLC與礦井提升機(jī)相結(jié)合提升保護(hù)措施

通過(guò)將PLC應(yīng)用于礦井提升機(jī)中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于礦井提升機(jī)的控制與保護(hù)監(jiān)視控制。通過(guò)使用PLC可以實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)按照預(yù)定的力圖和速度圖安全的運(yùn)行，并根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。PLC在礦井提升機(jī)的監(jiān)視保護(hù)功能主要有：超速監(jiān)視、過(guò)卷監(jiān)視、實(shí)時(shí)速度監(jiān)視、過(guò)載監(jiān)視等，當(dāng)監(jiān)視的對(duì)象發(fā)生故障時(shí)則及時(shí)通過(guò)報(bào)警回路報(bào)警并控制抱閘停車實(shí)現(xiàn)對(duì)于礦井提升機(jī)的保護(hù)。

4 礦井提升機(jī)中的PLC保護(hù)控制

礦井提升機(jī)的PLC監(jiān)控保護(hù)主要實(shí)現(xiàn)的是邏輯操作控制以及安全故障保護(hù)等兩個(gè)方面的內(nèi)容。PLC操作控制通過(guò)對(duì)監(jiān)視接收到的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果輸出相應(yīng)的信號(hào)從而產(chǎn)生控制指令：如高壓合閘、快開(kāi)合閘、磁場(chǎng)合閘等，在保護(hù)方面，PLC通過(guò)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算和判斷，最后處理為：立即抱閘、提升到位抱閘、電氣制動(dòng)和報(bào)警等四類。PLC的集成度、可靠性高，在現(xiàn)代礦井提升機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中應(yīng)用較多。礦井提升機(jī)的后備保護(hù)主要實(shí)現(xiàn)的是對(duì)電動(dòng)機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)和相關(guān)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于礦井提升機(jī)的保護(hù)。

4.1 礦井提升機(jī)的安全保護(hù)回路

在礦井提升機(jī)中，安全回路對(duì)于礦井提升機(jī)的安全保護(hù)十分重要?？偟膩?lái)說(shuō)礦井提升機(jī)的故障處理主要有三種方式：（1）故障信號(hào)報(bào)警。（2）事故停車報(bào)警。（3）緊急停車。同時(shí)為了更好地確保礦井提升機(jī)的安全，在安全回路中采用的是雙線制安全保護(hù)回路，確保不論是在提升機(jī)或是安全回路本身發(fā)生故障時(shí)都能及時(shí)地實(shí)施安全制動(dòng)。

4.2 礦井提升機(jī)故障保護(hù)的PLC實(shí)現(xiàn)

礦井提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的監(jiān)視最主要的是需要實(shí)現(xiàn)對(duì)于行程終端的監(jiān)視，即減速段超速和過(guò)卷監(jiān)視等。（1）過(guò)卷監(jiān)視主要集中在硬過(guò)卷和軟過(guò)卷兩個(gè)方面，硬過(guò)卷是對(duì)于井筒行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，軟過(guò)卷是控制系統(tǒng)根據(jù)絞車行程脈沖計(jì)算出的行程值和提升高度值進(jìn)行對(duì)比，超出即進(jìn)行報(bào)警，軟、硬兩種過(guò)卷監(jiān)控共同實(shí)現(xiàn)對(duì)于礦井提升機(jī)絞車的安全保護(hù)。（2）在以往的鋼絲繩滑動(dòng)監(jiān)視中依靠的是導(dǎo)向輪和傳動(dòng)控制器上所安裝的測(cè)速機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于鋼絲繩的監(jiān)視，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)今的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)可以通過(guò)分別對(duì)安裝在主滾筒和導(dǎo)向輪上的軸編碼器信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于鋼絲繩滑動(dòng)的控制。（3）超速監(jiān)視依靠的是在等速段對(duì)礦井提升機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行檢測(cè)，如超出最大速度15%則進(jìn)行超速報(bào)警，并及時(shí)地對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。通過(guò)在電機(jī)中使用編碼器實(shí)現(xiàn)對(duì)于電機(jī)的速度與位置的控制。（4）礦井提升機(jī)安全保護(hù)中的方向監(jiān)視依靠的是方向繼電器，當(dāng)對(duì)方向繼電器設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)向時(shí)，提升機(jī)需要按照此方向運(yùn)行，如果提升機(jī)按相反的方向運(yùn)行則測(cè)速機(jī)的電壓極性相反從而使安全回路動(dòng)作。礦井提升機(jī)的安全保護(hù)中還有離站監(jiān)視、停車監(jiān)視以及速度調(diào)節(jié)器解鎖監(jiān)視等。

4.3 礦井提升機(jī)PLC保護(hù)系統(tǒng)硬件組成

礦井提升機(jī)PLC保護(hù)系統(tǒng)由電源模塊、CPU模塊、I/O模塊以及通訊模塊等組成，電源模塊將輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換成24V直流電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)于后續(xù)模塊的供電，CPU模塊主要用于控制總線上模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸與執(zhí)行用戶程序，輸出模塊主要實(shí)現(xiàn)的是將內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)所需要的外部電平信號(hào)，輸入模塊則相反。A/D模擬信號(hào)輸入輸出模塊則實(shí)現(xiàn)將外部模擬信號(hào)（電壓、電流、速度、溫度）等轉(zhuǎn)換成數(shù)字電平信號(hào)。通信模塊主要實(shí)現(xiàn)的是與上位機(jī)的通信，將PLC通過(guò)各類傳感器所采集到的信號(hào)傳輸給上位機(jī)，由上位機(jī)根據(jù)程序進(jìn)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算。

4.4 礦井提升機(jī)PLC保護(hù)程序的編制

西門(mén)子PLC主要將用戶程序存放于已經(jīng)編制好的“軟件模塊”中，其軟件模塊主要有：組織塊（OB）、功能塊（FB）、功能塊（PC）、數(shù)據(jù)塊（DB）等，根據(jù)礦井提升機(jī)操作保護(hù)系統(tǒng)的要求，在“軟件模塊”的選擇上用戶可以選擇OB100、OB1、OB35、FC1、FC5、FC91、C92以及DB1、DB2等。其中，F(xiàn)C0、FC1和DB1、DB2等幾個(gè)程序模塊實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)模塊的脈沖計(jì)數(shù)任務(wù)，并將計(jì)數(shù)完成后的數(shù)值存儲(chǔ)在DB模塊中，用以實(shí)現(xiàn)CPU模塊和計(jì)數(shù)模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸。FC5子程序塊用來(lái)對(duì)輸入到PLC中的操作信號(hào)和運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)等進(jìn)行邏輯處理及閉鎖。FC91程序模塊用來(lái)對(duì)輸入到PLC中的模擬量進(jìn)行處理。FC92、FC93、FC94等程序模塊對(duì)輸入到PLC中的故障保護(hù)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和相應(yīng)的邏輯處理，并依次進(jìn)行相應(yīng)的故障處理。OB100為PLC上電啟動(dòng)組織塊，僅在系統(tǒng)上電啟動(dòng)后運(yùn)行一次，在以后的程序循環(huán)中不再執(zhí)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

礦井提升機(jī)是礦山的咽喉，是連接井下與地表的重要通道，做好對(duì)于礦井提升機(jī)的安全保護(hù)對(duì)于保護(hù)職工的生命及財(cái)產(chǎn)安全有著十分重要的意義，傳統(tǒng)的礦井提升機(jī)的保護(hù)措施在可靠性與安全性方面都有所不足，將PLC與礦井提升機(jī)結(jié)合提升礦井提升機(jī)安全保護(hù)的數(shù)字化應(yīng)用水平，提高礦井提升機(jī)保護(hù)措施的可靠性與安全性。文章在分析礦井提升機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上對(duì)PLC在礦井提升機(jī)安全保護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析闡述。

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