提升信號系統(tǒng)及主控系統(tǒng)
一、概述
提升機電控系統(tǒng)及信號控制系統(tǒng)的主要技術(shù)和相關(guān)要求。它包括軟件系統(tǒng)、設(shè)備及其附件的設(shè)計、選型、配置、結(jié)構(gòu)、性能、制造、安裝指導(dǎo)、試驗、調(diào)試、試運、培訓(xùn)、技術(shù)服務(wù)、檢修和質(zhì)量保證等方面的技術(shù)要求。
二、使用環(huán)境
? 環(huán)境溫度： 高溫度：+40℃
比較低溫度：-15℃
? 海拔高度： ≤2000m
三、技術(shù)方案及要求
1) 主控系統(tǒng)與信號系統(tǒng)通訊
主控系統(tǒng)的主控制器與監(jiān)控控制器采用專用通訊電纜進行通訊，由于兩控制器在同一柜子內(nèi)部、距離近，使用電纜和光纖通訊速度差別不大。
主控系統(tǒng)與信號系統(tǒng)采用單模單纖通訊方式進行數(shù)據(jù)交換；光纖通訊具有：容許頻帶很寬，傳輸容量很大；損耗很小，中繼距離很長，且誤碼率很小；抗電磁干擾性能好等優(yōu)點。提高了通訊速率、增強了通訊數(shù)據(jù)準確率及實時快速監(jiān)控井下各個水平的安全門、搖臺、阻車器的狀態(tài)；通訊數(shù)據(jù)實時性與快速性的增強，更為可靠的給主控系統(tǒng)反應(yīng)出信號系統(tǒng)實時狀態(tài)；當(dāng)某點出現(xiàn)故障，可以快速確認故障，并作出反應(yīng)（緊急停車、減速停車或到停車位后不允許再次開車）；從而大大提高了整體提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強了整體提升系統(tǒng)的安全系數(shù)。
增強電磁干擾對通訊產(chǎn)生的影響，解決了井口的雷電通過通訊線進入提升系統(tǒng)，造成設(shè)備的損壞。
2) 井口信號臺與各中段信號箱采用現(xiàn)場總線光纖通訊方式，井口信號臺的外部接線均加設(shè)浪涌防雷設(shè)備；
光纖通訊設(shè)備要求:
a) 應(yīng)采用工業(yè)級設(shè)備與材料（交換機、光電轉(zhuǎn)換模塊、光纖連接設(shè)備等）；
b) 光纖采用24芯單模阻燃，防護須達到立井敷設(shè)要求；
l 打點流程
信號打點流程分為：井口信號、中段信號、應(yīng)急信號；其中中段信號又分為直發(fā)信號和轉(zhuǎn)發(fā)信號兩種。
井口信號：即只有井口具有控制權(quán)限，各個中段沒有打信號的權(quán)限。中段有急?？刂茩?quán)；停車控制權(quán)（減速停車）；在容器到達本中段且停車，允許操作操車部分（油泵啟動、安全門、搖臺、阻車器、推車機等）。
中段直發(fā)信號：即提升容器所在罐位中段有控制權(quán)限，其他中段均無控制權(quán)包括井口。
中段轉(zhuǎn)發(fā)信號：即提升容器所在罐位中段和井口有控制權(quán)限，但很終的控制權(quán)在井口，中段的信號需要經(jīng)過井口轉(zhuǎn)發(fā)后，主控系統(tǒng)才能收到開車信號。
應(yīng)急信號：通過硬件點鈴的方式，發(fā)出脈沖信號直接給主控；在信號控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障,無法快速恢復(fù)時使用,不能長期使用，僅作為應(yīng)急使用。
l 信號邏輯控制
1) 井口操作臺設(shè)有提升種類選擇開關(guān)：A提人、B提礦石/廢石、C提物等。
2) 井口操作臺設(shè)有井口/中段選擇開關(guān)（井口方式和中段方式都必須由井口轉(zhuǎn)發(fā)，井口方式時，信號可以由井口信號工直接發(fā)出給提升系統(tǒng)；中段方式時，由中段發(fā)送信號，由井口轉(zhuǎn)發(fā)），當(dāng)選擇中段控制時，信號由中段信號箱發(fā)出，井口轉(zhuǎn)發(fā)信號；當(dāng)選擇井口控制時，信號直接由井口發(fā)出。兩種方式下，操車系統(tǒng)的連鎖關(guān)系均存在。
3) 各中段安全門、搖臺、阻車器與信號系統(tǒng)的連鎖關(guān)系：當(dāng)各中段的安全門開關(guān)到位、搖臺升到位、阻車器合到位的信號都接收到時，信號才允許被轉(zhuǎn)發(fā)出去。當(dāng)信號已經(jīng)發(fā)出后，各到位信號消失時，應(yīng)通過絞車系統(tǒng)進行連鎖判斷。絞車系統(tǒng)的連鎖關(guān)系如下：
a) 當(dāng)發(fā)生安全門關(guān)到位信號、阻車器合到位信號消失時，系統(tǒng)報輕故障，可以完成本次提升；當(dāng)前提升完成后，必須排除問題才能進行下次提升。
b) 當(dāng)發(fā)生搖臺起到位信號消失時，延時0.5秒（信號確認時間），如果判斷起到位信號消失在所在中段的罐籠運行前方時，則進行安全制動。如果判斷起到位信號消失在所在中段的罐籠運行后方時，則報輕故障，可以完成本次提升；當(dāng)前提升完成后，必須排除問題才能進行下次提升。
c) 如果確認到位信號消失為誤報信號，那么可以在井口信號臺的人機界面或者車房控制臺的人機界面上對誤報的設(shè)備單獨屏蔽。排查找到誤報信號原因處理好后，解除屏蔽。
4) 中段選擇去向后，系統(tǒng)會判斷去向是否有效，有效的判斷：當(dāng)去向中段信號在所發(fā)提升信號指向前方時為有效，在所發(fā)信號指向后方時無效。去向與罐籠所在位置相同時，認為是平罐作業(yè)。
l 鎖罐器、就近控制箱、信號顯示
1) 鎖罐器：起到閉鎖開車、允許操車的作用，當(dāng)提升容器到達本中段后，按下鎖罐按鈕，相應(yīng)指示燈亮，主控系統(tǒng)收到鎖罐信號，不允許開車，同時信號系統(tǒng)允許對操車進行操作如：油泵啟動、安全門打開、搖臺落下等操作。當(dāng)所有設(shè)備操作完成，發(fā)車去下個中段信號后，需解除鎖罐，才允許提升機運行。
2) 就近控制箱：用于乘罐人員對操車系統(tǒng)和信號系統(tǒng)的必要操作，可以減少信號人員的數(shù)量，增加提升效率。當(dāng)罐籠到達某一中段后，乘罐人員可以在罐籠里面通過就近控制箱，進行鎖罐、啟動油泵、打開安全門、落下?lián)u臺等操作；當(dāng)人員再次上罐，進行啟動油泵、關(guān)閉安全門、抬起搖臺、停止油泵、選擇去向、發(fā)出信號、解除鎖罐、提升機允許運行等操作。
3) 信號顯示：用于顯示停車狀態(tài)、安全門狀態(tài)、搖臺狀態(tài)、阻車器狀態(tài)、中段信號點數(shù)、井口信號點數(shù)、罐位值、去向值；方便乘罐人員觀看信號系統(tǒng)的狀態(tài)。
五、主控系統(tǒng)說明
1) 操作臺為一體式結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)帶上位監(jiān)控時為三體式結(jié)構(gòu)），臺面由指示儀表、指示燈、按鈕開關(guān)、制動手柄、主令手柄等顯示及控制元件組成，是電控系統(tǒng)的顯示、操作平臺。
2) 儀表可顯示以下參數(shù)：控制電源電壓、運行速度、給定速度、主回路電流、閘電流、制動油壓等。
3) 指示燈可顯示以下內(nèi)容：外部繼電器硬件安全回路狀態(tài)；PLC軟安全回路狀態(tài)；液壓站、潤滑站等系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)；手動、檢修、調(diào)繩等系統(tǒng)控制狀態(tài)；離合器開合狀態(tài)（雙筒）；提升、下放及減速點、輕故障等工作運行狀態(tài)。
4) 主令開關(guān)、手柄可做以下控制：正反向過卷復(fù)位；調(diào)繩、檢修、手動、半自動控制的轉(zhuǎn)換；正常提升和故障應(yīng)急提升控制的轉(zhuǎn)換；提升、下放方向的選擇及復(fù)位；緊急停機及安全故障后的系統(tǒng)復(fù)位；電機運行速度（頻率）給定等主令操作控制。
5) 操作臺內(nèi)安裝有多種PLC模塊，主要由CPU主控制模塊、擴展I/O數(shù)字量模塊、模擬量輸入輸出模塊組成，通過信號輸入端口采集各種控制狀態(tài)及反饋信號，模擬量模塊將采集到的各種信號進行運算處理，然后通過輸出端口輸出模擬量控制信號。
6) 采用兩套原裝可編程控制器，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。主控制器是核心控制器件，采用國際有名品牌可編程控制器，功能強大，性能可靠，由CPU主控制模塊和擴展I/O數(shù)字量模塊組成，通過輸入端口采集各種控制狀態(tài)及反饋信號，經(jīng)運算處理后通過輸出端口驅(qū)動執(zhí)行元件，完成各項提升工藝控制。
7) PLC控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)具有DI/DO、AI/AO模塊、CPU 模塊、功能模塊、計數(shù)模塊、通訊模塊等，并預(yù)留20%以上的I/O接口。
8) 安全回路由PLC控制元件與繼電器冗余，當(dāng)PLC故障時，系統(tǒng)能以低速度運行實現(xiàn)簡易開車；
9) 全行程速度監(jiān)控，實際速度超過給定速度的8%預(yù)報警，超過給定速度的15%進行安全制動；
10) 過卷監(jiān)控，實際過卷0.3m預(yù)報警，過卷0.5m實現(xiàn)安全制動；
11) 除了全行程包絡(luò)線速度監(jiān)控以外，還應(yīng)設(shè)置作為后備保護的位置定點速度監(jiān)控；
12) 閘瓦磨損及彈簧疲勞保護接口預(yù)留；
13) 手把零位及調(diào)繩閉鎖；
14) 制動油泵工作情況與安全回路、主回路中高壓線路換向器動作的合理閉鎖；
15) PLC軟件綜合故障情況保護。
操作控制系統(tǒng)能完成提升機手動、半自動、全自動、檢修、故障開車各種運行方式的控制要求?？刂葡到y(tǒng)能自動選取很大的運行速度，提高系統(tǒng)的運行效率。
手動運行：司機根據(jù)信號系統(tǒng)信號，通過操作手柄控制提升機在額定速度以下任意速度運行，自動減速、自動準確停車，同時要受到行程控制器的限制。
半自動運行：在半自動運行邏輯具備條件時，司機根據(jù)系統(tǒng)情況通過操作手柄，讓提升機完成一個提升循環(huán)，并具安全聯(lián)鎖；具有自動選擇去向，確定運行速度等功能，自動加速、自動減速、自動準確停車。
全自動方式：在全自動運行邏輯條件具備時，提升機電控系統(tǒng)可按信號系統(tǒng)給定的開車方向及運行的中段自動運行，完成一次提升并自動停車，具有自動選擇去向，確定運行速度等功能。
檢 修：檢修速度：0.3-0.5m/s。檢修時可手柄控制（0.3-0.5m/s）。
故障開車：在PLC出現(xiàn)故障情況下，提升機能實現(xiàn)低速應(yīng)急開車，速度<1.0m/s，并且具有《金屬和非金屬礦山安全規(guī)程》規(guī)定的保護。
六、提升機安全保護說明
安全保護分為三類：排名靠前類:嚴重故障，立即斷開安全回路實施安全制動；第二類，較嚴重故障，先減速到1m/s后實施安全制動，但如果發(fā)生排名靠前類故障立即實施安全制動；第三類為輕故障，允許一次開車，本次運行結(jié)束后不維修好不能再次開車。
排名靠前類:嚴重故障包括：等速過速、限速過速、包絡(luò)線超速、爬行段超速、高低壓電源故障、過流、變流器故障、錯向、PLC故障、過卷、急停操作、網(wǎng)絡(luò)通訊故障、搖臺（或閘門、安全門）在運行中落下或打開、2只測速元件同時損壞、井筒開關(guān)失靈、主回路失壓、速度比較錯誤、殘壓高、電機溫度過高等等；
第二類:重故障包括： 機械深度指示器失效(如果有的話)、鋼繩滑動保護、編碼器位置偏差過大、制動油路故障（油壓過高、堵塞）、閘瓦磨損、主回路過壓或接地或欠壓等等；
第三類：輕故障1只測速元件損壞、潤滑溫度高、潤滑油壓高/低、電機溫度報警、彈簧疲勞、閘盤偏擺、風(fēng)機失壓等等（如果有的話）
l 保護過程實現(xiàn)雙線控制方式，對提升機運行關(guān)鍵的信號（如速度、容器位置、安全、減速、過卷等等）均采用多重保護（軟件、硬件），互為監(jiān)視。
l 輕重故障具有聲、光報警或預(yù)報警。
l 采取必要的硬件、軟件的抗干擾措施（隔離、濾波、合理的結(jié)構(gòu)及布線），確保整個系統(tǒng)不受電磁干擾、供電電源的干擾，并對其他設(shè)備不產(chǎn)生危害性的干擾；經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)備的性能更加強大，硬件包括接線更加整潔。
l 深度指示器斷軸保護；利用光電開關(guān)，實時檢測深度指示器轉(zhuǎn)動速度，與主控系統(tǒng)速度進行比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)主控系統(tǒng)速度大于 深度指示器旋轉(zhuǎn)速度0.5米/秒時，發(fā)出深指斷軸故障。
l 井口2m/s限速保護；在距離井口一定距離檢測到絞車運行速度大于2米/秒時，認為絞車沒有按設(shè)定減速度減速，采取保護制動。
l 錯向保護：提升機在開閘瞬間，有時由于電機力矩沒有建立起來，造成礦車向相反方向溜車，此時應(yīng)及時保護制動；另外，有時為了保證開車方向與信號指示方向一致，例如當(dāng)信號要求上提時，由于線路發(fā)生故障，或者某種特殊情況造成實際開車方向與信號要求不一致時，出發(fā)保護制動。
l 二級制動解除保護；為了減小對機械、電控設(shè)備的沖擊，安全制動時采取兩次制動，但是兩次制動的緩沖效果，也加長了制動距離，在井口發(fā)生安全制動時，必須取消二級制動效果，而采取一次緊急制動，避免礦車沖出井口。
l 減速段超速保護；提升機運行過程中，對減速段的檢測很為重要，為了加強此段的安全保護，除了前面的2米定點速度檢測外，本系統(tǒng)增加了減速段包絡(luò)線速度保護，PLC內(nèi)計算出一條設(shè)計好的運行速度曲線，實際速度與此設(shè)計的速度曲線比較，當(dāng)實際速度大于設(shè)計速度10%時，進行保護制動。
l 欠壓保護;檢測直流母線電壓，如果低于欠壓保護定值，則變頻器保護。此保護實際上包括了對電網(wǎng)電壓負向波動的保護。
l 過熱保護;包括兩重保護：在變頻調(diào)速系統(tǒng)柜體內(nèi)設(shè)置溫度檢測，當(dāng)環(huán)境溫度超過預(yù)先設(shè)置的值時，發(fā)報警信號；另外，在主要的發(fā)熱元件，即整流變壓器和電力電子功率器件上放置溫度檢測，一旦超過極限溫度（變壓器130℃、功率器件80℃），則保護。
l 安全回路由PLC內(nèi)部和外部AC回路串聯(lián)實現(xiàn)；安全回路除了軟件回路，還有硬件安全回路，保證雙線保護，和重要環(huán)節(jié)的三線保護。
