矿井提升系统的控制与保护(讲座)

矿井提升机的安全保护和制动1.1矿井提升机一、矿井提升设备的作用与任务：矿井提升机是矿井生产的重要环节，矿井提升的主要任务是将有用矿物或矸石从井下提到地面，将材料、设备和人员运往井下，或从井下运到地面。它在矿井生产中占有极其重要的地位。二、提升系统的种类立井提升1绞车2定向轮3井架4容器5曲轨6上煤仓7钢绳8下煤仓9溜槽10给煤机11定量斗斜井提升11－翻室硐室；2－井下煤仓；3－装载闸门；4－斜井箕斗；5－井筒；6－栈桥；7－卸载曲轨；8－地面煤仓；9－立柱；10－天轮；11－提升机卷筒；12－提升机房三、矿井提升设备的特点及要求特点及要求主要体现在下面几个方面：1运行及控制必须安全可靠矿井提升是井上下运输的咽喉．为了保证生产和人员的安全，提升系统设备和运行必须安全可靠，一旦发生故障，不仅使全矿生产陷于停顿，而且可能造成严重的人身事故。2工作过程为间歇重复过程一般提升设备是非连续运行的．即需要经常起动，停车、反向运行．要保证设备以较高的速度安全的往返运行．要求提升系统的控制性能好，应有较高的调速性能和位置控制，同时具有可靠的安全保护。图3速度调节范围大、控制精确系统为间歇重复工作，因此要求系统速度能在0---100%可调节，而控制取决于容器在井筒中的实际位置（位置控制），因此要求控制必须准确迅速。4要求系统工作在高效节能状态矿井提升设备是矿山大型设备之一．其功率大，耗电也大，应尽量发挥设备能力．减小提升循环时间，以减小吨煤电耗，矿井提升设备的造价以及运转费用，也就成为影响矿井生产技术经济指标的重要因素之一。四、矿井提升机的控制的要求1能重载启动，有较高的过负荷能力2调速性能好，且调速精度较高3特性曲线要硬4工作方式容易转换5要设置准确可靠的速度给定装置6要设置行程显示与行程控制器7要设置完善的故障监视装置8要设置可靠的闸控电路9易于实现自动化10投资和运转费用低五、矿井提升机的传动方式直流拖动、交流拖动直流拖动-----V－M直流可逆调速系统交流拖动-----绕线转子异步机转子串电阻调速系统-----交－交变频调速系统六、系统的运行过程七、提升机控制系统的结构由系统运行过程看出矿用提升机控制系统的主要构成应该有七大块：1电源部分2提升信号部分3逻辑控制部分4调速控制部分5安全保护部分6制动控制部分7其它辅助控制部分说明其中：电源、调速控制两个部分根据交流/直流拖动系统各有对应的交流/直流调速系统与之对应。提升信号部分用于发出提升信号，结构比较简单。辅助控制部分不同系统有不同的构成。本讲座主要介绍安全保护、逻辑控制和制动控制部分。提升机控制系统的构成图八、故障及其保护1．故障的种类：(1)电动机本身的故障；(2)电源的故障；(3)控制系统的故障：一般较多、特别是继电器——接触器有触点控制系统，由于接点接触不良，继电器、接触器平常维护不当，故障较多；(4)机械部分故障；(5)运行状态不正常：比如提升机过速、过卷、制动油过热、过压、闸瓦摩损等；(6)提升系统辅助装置故障。2．故障处理：(1)紧急故障要立即保护停车----紧急制动在这中间又可区别不同情况加以处理电气配合机械制动停车机械制动停车(2)有些故障容许该次提升到达终点，但下一次不能再次开车----闭锁下次启动(3)只报警而不进行故障保护操作----报警提示九、系统运行与速度图的对应关系说明由系统运行与速度图的对应关系看出，提升机系统的工作依据是设计好的速度图（即根据设计好的速度图工作）。因此一个提升机系统能否安全、可靠、精确的工作，完全取决于控制系统能否具备对行程和速度的可靠、精确跟踪。1.2提升机的行程跟踪与速度保护控制现代提升机的保护控制部分一般采用以PLC为核心控制器构成的系统组成。由于提升机的控制是依据容器在井筒中的位置来决定的—行程控制，因此保护控制的主要参数是行程和速度，即行程和速度的跟踪处理是保护的主要内容。换言之提升机的保护控制实际是提升机的行程和速度的处理和保护问题。一、实用提升机行程跟踪系统原理示意图二、行程和速度的计算处理方法计算处理过程如右图所示。三、行程控制与速度保护部分的结构逻辑1.3提升系统的速度图和力图一、速度图的确定根据不同使用条件和要求，可选用不同的速度图，应用较多的有三阶段速度图和五阶段速度图，如图所示。一、速度图与力图1．三阶段速度图用于缶笼提升系统，缶笼提升无卸载曲轨，可只设一个主加速级，加速度为a。2．五阶段速度图用于箕斗提升系统，其特点设有初加速级和爬行阶段。*初加速阶段t0:初加速度ao较小，主要是箕斗受出卸载曲轨的速度不大于1．5m／s的限制，这样可减小对井架的冲击。*主加速阶段t1:空箕斗出卸载曲轴后，为了缩短起动时间，将加速提高为a1,直至最大提升速度Vm.*等速阶段t2：此阶段，提升容器以不变的速度Vm在井筒中运行。*减速阶段t3：此时重载箕斗已接近井口，空箕斗接近装载点，应减速，减速度为a3，直至速度降为V4。*爬行阶段t4:此时重载箕斗进入卸载曲轨，为了减少冲击，容器应以低速爬行，爬行速度V4一般不超过0．5m／s。*停车休止阶段θ：此时提升机停止运转，井口箕斗卸载，井底箕斗装载。变加速度速度图（S形速度图）一个实际的速度图一个实际的速度图对应的简化S形速度图在某矿井主井的直流提升机控制中，采用上述方法，给定参数为：a10=0.5a11=1.0a12=0.5a20=0.5a21=1.0a22=0.5(m/s2)，Vl=1.5Vm=10.0Vp=0.5(m／s)S7=5.0Stc=478.5(m)C=0.9产生的实际V=F(S)曲线如下图所示：1.4矿井提升机逻辑控制部分提升机的逻辑控制部分一般由一台PLC构成，其主要作用是对提升机系统各控制功能逻辑进行运算处理，并根据处理结果实现对应的输出控制。下面举两个逻辑来说明（提升机系统根据实际系统结构形式的不同而对应的逻辑环节内容及数量也有不同）：安全逻辑---安全回路安全回路（安全逻辑）是由系统中各涉及安全的因素（参数）构成。提升系统能正常的工作，其首要条件就是安全回路正常（逻辑结果为真，或称安全继电器吸合）。提升机的安全回路通常包含有数十个参数点（20个以上）如超速监视（2个）、过卷监视（4个）、制动系统监视、电源监视、闸瓦磨损监视、掉电保护监视、深度指示器监视、测速环节监视...。当回路中任一被监视参数出现异常时，安全逻辑的运算结果为“假”提升机将进行安全制动。正向工作逻辑本逻辑决定提升系统的拖动电机是否正转运行其逻辑结果为“真”时提升系统进入正向工作过程。(电机正转)其逻辑内容主要包括：安全回路正常、正向记忆回路有效、司机正向开车、反向工作逻辑无效、非制动状态、工作闸松闸。实际系统一个实际的提升机系统，其逻辑环节数量数十个甚至上百个，各个逻辑根据其控制过程功能不同结构和运算方法也不同。1.5提升机的制动保护装置提升机的制动包含两种：电气制动电气制动主要用于减速过程对减速度的控制机械制动机械制动主要用于安全制动（也有用于配合电气制动实现减速控制）工作制动和紧急制动（A）工作制动司机在系统的正常开车时，对提升机施加制动力，使系统按照需要的速度运行。（B)紧急制动当提升机发生紧急事故时，抱闸停车，进行保护。提升机的机械制动装置：提升机的机械制动装置，通称制动器，是提升机的重要组成部分，制动器由执行机构和传动机构两部分组成，它直接影响提升机的正常工作和安全。1．结构目前我国提升机使用的制动装置多以弹簧作制动力、以液压系统配合弹簧实现紧闸/松闸控制。如以碟形弹簧作制动力源的盘式闸制动装置，该系统包括盘式闸和液压系统两部分。2．机械制动控制目前用于提升机的机械制动装置都是液压制动装置，其逻辑构成如下图：3．说明事实上液压制动装置的控制体现在液压回路的进油和回油控制，由一个电磁线圈控制阀门的开启程度来实现制动力控制。由上图可见液压制动装置的控制十分简单，根据制动力要求相应给定对应的制动电流（ma电流）-----给定的制动电流越大，输出的制动力越小当给定的制动电流为零时，机械闸处于完全抱闸（安全制动状态）