專利名稱：礦井提升機延遲式速度保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種礦井提升機控制裝置，屬于礦山工程設(shè)備制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
礦井提升機主要用于提升礦石、人員和材料，是礦山的重要運輸設(shè)備。由于其運行特性復(fù)雜、速度快、慣性質(zhì)量大，一旦運行速度失去控制而不能按照給定速度運行，就可能發(fā)生超速、過卷等提升事故，造成設(shè)備損壞甚至人員傷亡，給礦山帶來重大經(jīng)濟損失，因而礦井提升機的速度保護顯得尤為重要。
《煤礦安全規(guī)程》(國家煤礦安全監(jiān)察局，煤炭工業(yè)出版社，2001.10)第四百二十七條規(guī)定提升裝置必須裝設(shè)防止過速保險裝置，當提升速度超過最大速度15％時，防止過速裝置必須能自動斷電，并能使保險閘發(fā)生作用；提升速度超過3m/s的提升絞車必須裝設(shè)限速裝置，限速裝置保證提升容器(或平衡錘)到達終端位置時的速度不超過2m/s。這是一個比較簡要的安全技術(shù)要求，為了實現(xiàn)準確、可靠的速度保護，如《礦井提升設(shè)備》，(煤炭工業(yè)出版社，1995.1)、《礦井提升機電力拖動與控制》(冶金工業(yè)出版社，2001.7)中所述的那樣，對于提升機的五段或六段運行速度圖，通常采用圖1所示的包絡(luò)線保護速度設(shè)計方法和圖2所示結(jié)構(gòu)的速度保護裝置。
在應(yīng)用中，上述速度保護裝置及保護速度設(shè)計方法實際使用效果不是令人十分滿意，主要表現(xiàn)為在正常運行時往往出現(xiàn)ab段(減速段)限速保護；或當出現(xiàn)超速時可能不進行限速保護。在文獻“《提升機速度逐點監(jiān)視和包絡(luò)線監(jiān)視的研究與應(yīng)用》(有色設(shè)備，1998(6))、《采用定點速度監(jiān)控預(yù)防提升機重大事故》(煤，2001.10(4))、《提升機速度監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用》(有色設(shè)備，2001(2))”中，提出了逐點監(jiān)視和2m/s限速后備保護等許多方法，試圖彌補提升機電控系統(tǒng)速度保護方面的缺陷、進一步提高其可靠性和安全性，但沒有從根本上解決問題。
分析可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致ab段(減速段)速度保護不理想的主要原因是(1)在設(shè)計保護速度時，僅僅考慮了提升機的動力學(xué)特性，而沒有考慮到控制系統(tǒng)的制動性能；(2)在實際應(yīng)用中，ab段(減速段)保護速度依靠給定速度獲得，使系統(tǒng)調(diào)試缺乏靈活性；(3)速度保護裝置使用傳統(tǒng)的繼電器邏輯和磁放大器實現(xiàn)，具有控制精度低和調(diào)試困難等缺點。
對于當前普遍使用的雙容器礦井提升機系統(tǒng)來說，其動力學(xué)特性方程為F＝(1+k)Qg+p(H-2x)+∑ma (1)在式1中，F(xiàn)是施加在提升機主軸上的拖動力，0＜k＜1，是一個常數(shù)，Q是凈提升負載質(zhì)量，p是提升鋼絲繩單位重力，H是提升高度，x是提升機已經(jīng)運行的行程，∑m是提升系統(tǒng)的總變位質(zhì)量，a是提升機運行加速度。
當提升機運行到a點(運行減速點)時，將失去拖動力(F＝0)，進入減速運行方式。為了使提升機在ab段(減速段)按照給定速度運行，必須施加一定的制動力。為此，提升機控制系統(tǒng)配備了機械和電氣制動系統(tǒng)。
對于機械制動，目前一般采用盤式制動系統(tǒng)，其制動力矩Fz的大小可以通過手動和自動兩種方式調(diào)節(jié)。根據(jù)機械制動的特點，盤式制動器必然有空行程時間。也就是說從開始發(fā)出制動信號到盤式制動器發(fā)揮作用有一個時間延遲T0?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定，T0≤0.3秒。實際上，加上電液調(diào)節(jié)裝置的響應(yīng)時間和設(shè)備維護等因素，T0可能大于0.3秒。
對于電氣制動，通常有動力和低頻制動兩種。以TKD-A提升機控制系統(tǒng)的動力制動為例，電動機輸出制動力Fz的大小可以通過腳踏和自動兩種方式調(diào)節(jié)。為了避免切換電動機電源過程中的電弧短路，動力制動必須在高壓動力電源完全從電動機上切除之后才能投入使用。也就是說從開始發(fā)出制動信號到動力制動系統(tǒng)發(fā)揮作用必定有一個時間延遲T1，一般為0.5～0.8秒。。
綜合上述分析，可以看出由于制動系統(tǒng)的延遲響應(yīng)或投入使用，減速過程必然經(jīng)過自由滑行減速和制動減速兩個階段。
當提升機自由滑行減速運行時，根據(jù)式1可以得到加速度為a＝-(1+k)Qg-p(H-2x)/∑m(2)從式2中可以看出如果負載Q較輕，加速度絕對值較小，提升機運行速度不能迅速地減下來；如果負載Q非常輕甚至為零或者下放重物，加速度可能變?yōu)檎?，運行速度不但下降反而上升。因此，當提升機從oa段(等速段)轉(zhuǎn)換到ab段(減速段)處于自由滑行減速運行時，就可能出現(xiàn)超速，導(dǎo)致提升機緊急制動。
當制動系統(tǒng)投入且發(fā)揮作用時，根據(jù)式1可以得到加速度為a＝Fz-(1+k)Qg-p(H-2x)/∑m(3)在式3中，F(xiàn)z是機械和電氣制動系統(tǒng)產(chǎn)生制動力的總和。在適當?shù)腇z作用下，能夠?qū)⑦\行速度降下來，完全沒有必要進行限速保護。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種適應(yīng)提升機動力學(xué)特性和控制系統(tǒng)制動性能、保護速度設(shè)計方法更加合理、調(diào)試靈活方便的礦井提升機延遲式速度保護裝置，進一步提高速度保護的可靠性和安全性。
技術(shù)方案根據(jù)上述分析，為了避免自由滑行減速時可能出現(xiàn)的超速而進行的限速保護，礦井提升機延遲式速度保護裝置采取將保護速度曲線ab段的開始點a延遲行程haa’的方法，即將開始點從a延遲到a’(保護速度減速點)。
在“延遲式保護速度設(shè)計方法”中，oa段(等速段)和bc段(爬行段)的保護速度設(shè)定與圖1相同，aa’段(延遲段)的保護速度采用oa段(等速段)的保護速度，a’b段的保護速度為v=(1.15Vm)2-(1.1Vp)2Ha′-Hb(h-Hb)+(1.1Vp)2(Ha′>h≥Hb)---(4)]]>與“提升機保護速度傳統(tǒng)設(shè)計方法”相比，“延遲式保護速度設(shè)計方法”既不提前運行減速點a、也不改變爬行點b，又不放增大或平移保護速度曲線，僅將ab段(減速段)保護速度曲線“壓縮”行程haa’。
根據(jù)現(xiàn)代計算機、電子測量和通信等技術(shù)及應(yīng)用的狀況，礦井提升機延遲式速度保護裝置采用“延遲式速度保護裝置的一般結(jié)構(gòu)”。
在“延遲式速度保護裝置的一般結(jié)構(gòu)”中，速度傳感器2用于將提升機運行速度和行程轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號，速度測量單元用于測量提升機的實際運行速度和行程，開關(guān)量輸入信號提供裝置所需的提升機狀態(tài)信號，開關(guān)量輸入接口用于讀取開關(guān)量輸入信號，速度保護繼電器和開關(guān)量輸出接口用于當出現(xiàn)超速或限速保護時使提升機緊急制動，報警器用于當出現(xiàn)超速或限速保護時進行聲光報警，存儲器用于存儲保護速度，微控制器用于整個裝置的系統(tǒng)控制，速度測量單元、開關(guān)量輸入接口、開關(guān)量輸出接口、存儲器通過裝置內(nèi)部總線連接在一起構(gòu)成裝置的主控制器，直流穩(wěn)壓電源為裝置提供所需的直流電源，監(jiān)測計算機用于參數(shù)設(shè)置和監(jiān)視。
當提升機運行時，裝置不斷測量提升機行程和實際運行速度，并根據(jù)行程和減速信號，從存儲器中的保護速度曲線中提取具體的保護速度，與實際運行速度進行比較，當出現(xiàn)超速或限速時，發(fā)出速度保護信號。
保護速度根據(jù)“延遲式保護速度設(shè)計方法”、式4的設(shè)計方法按照提升機運行行程(脈沖)離散化，存儲在存儲器的專用區(qū)域中(與給定速度的無關(guān))，存儲方式如下表所示

在上表中，存儲器區(qū)開始地址為Addr，存儲器字長為2個字節(jié)，相鄰地址之間的行程差為離散間隔(軸編碼器輸出脈沖數(shù))，保護速度單位為軸編碼器輸出脈沖數(shù)/時間，Addr存儲的是等速段保護速度，Addr+1～Addr+n2存儲的是減速段保護速度，Addr+n2～Addr+n3存儲的是爬行段保護速度，Addr+1～Addr+n1之間的行程為延遲行程。
有益效果將保護速度減速點從a延遲到a’，保持運行減速點a、爬行點b、oa段(等速段)保護速度和bc段保護速度不變，aa’段(延遲段)采用oa段保護速度，a’b段保護速度按照“延遲式保護速度設(shè)計方法”、式4設(shè)計，采用“延遲式速度保護裝置的一般結(jié)構(gòu)”的裝置，有益效果具體表現(xiàn)為(1)aa’段(延遲段)的運行過程為提升機電氣和機械制動系統(tǒng)發(fā)揮作用將較高的運行速度降低下來提供了恰當?shù)臅r間延遲。
(2)aa’段(延遲段)采用oa段(等速段)保護速度，避免了自由滑行減速時可能出現(xiàn)的、不必要的限速保護，以及限速保護緊急制動對提升機造成的不良影響。
(3)采用計算機和電子測量等技術(shù)實現(xiàn)提升機延遲式速度保護裝置，可以嚴格地按照設(shè)計保護速度進行現(xiàn)場調(diào)試，使速度保護更準確，提高了速度保護的可靠性和安全性。
(4)通過監(jiān)測計算機進行參數(shù)設(shè)置和監(jiān)視，系統(tǒng)調(diào)試快捷、方便、靈活。


圖1是提升機保護速度傳統(tǒng)設(shè)計方法示意圖。
圖2是傳統(tǒng)速度護裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是延遲式保護速度設(shè)計方法示意圖。
圖4是延遲式速度保護裝置的一般結(jié)構(gòu)示意圖，其中有提升機及電控系統(tǒng)1、速度傳感器2、速度測量單元3、開關(guān)量輸入信號4、開關(guān)量輸入接口5、速度保護繼電器6、報警器7、開關(guān)量輸出接口8、存儲器9、微控制器10，主控制器11、直流穩(wěn)壓電源12、監(jiān)測計算機13。
圖5是延遲式速度保護裝置實施例電路原理圖。
圖6是延遲式保護速度實施例運行結(jié)果示例。
具體實施方式
礦井提升機延遲式速度保護裝置先后在多個交、直流提升機電控系統(tǒng)中獲得應(yīng)用，有不同的具體實現(xiàn)方式，圖5是其中的一個實施例的電路原理圖。
在圖5中，主控制器[11]采用OMRON公司的C200H系列PLC(與提升機電控系統(tǒng)熔為一體)，它由C200HE-CPU32-E型CPU模塊[14](它包括了圖4中的存儲器[9]和微控制器[10])、采用C200H-CT001-V1型計數(shù)器模塊的速度測量單元[3]、采用IA222型I/O模塊的開關(guān)量輸入接口[5]和采用OC222型I/O模塊的開關(guān)量輸出接口[8]等組成；C200HW-PA204S型電源模塊[15]和隔離變壓器[16]組成直流穩(wěn)壓電源[12]；通過C200HW-BC081型總線母板(未在圖5中標出)將各個模塊連接起來；監(jiān)測計算機[13]通過CPU模塊[14]的標準RS-232C接口與主控制器[11]連接起來。
在圖5中，速度傳感器[2]采用E6C2-CWZ型軸編碼器，其輸出信號A、B送入速度測量單元[3]，其軸通過連軸節(jié)[17]與提升機電動機軸[18]相連，由電源模塊[15]的24VDC電源供電；開關(guān)量輸入信號[4]包括減速信號JC1-1、提升方向信號ZC-1和FC-1、開車/停車信號GZC-1，其中減速信號JC1-1來自減速信號繼電器[19]、提升方向信號ZC-1和FC-1來自提升機電控系統(tǒng)提升方向回路[21]、開車/停車信號GZC-1來自提升機電控系統(tǒng)工作閘信號回路[22]，它們均被送入開關(guān)量輸入接口[5]。在減速信號繼電器[19]中，JC-1來自提升機電控系統(tǒng)減速信號回路[20]，JKB為接入其它方式提供的減速信號提供備用接點。
在圖5中，速度保護繼電器AC1[6]的控制來自開關(guān)量輸出接口[8]，其接點AC1-1接入提升機電控系統(tǒng)安全回路[23]；報警器[7]由閃光報警器XD2和聲音報警器SP組成，接受來自開關(guān)量輸出接口[8]的控制；XD1為電源指示燈。
在該實施例中，提升機等速段運行速度Vm＝5.8米/秒，爬行段運行速度V0＝0.5米/秒，運行減速點a在35米處，設(shè)計減速行程33.5米。軸編碼器與提升機電動機軸連接，周長為1024個脈沖，1個脈沖約等于1.18281mm行程。
保護速度及存儲方式如下表所示。


在上表中，保護速度減速點a’在27米(1068/22790)處，延遲了約8米(此值根據(jù)實際運行情況調(diào)整)，保護曲線離散間隔為100個脈沖(約等于118.3mm)，行程單位為軸編碼器輸出脈沖數(shù)，保護速度單位為軸編碼器輸出脈沖數(shù)/0.5秒，減速段保護速度(1068/22790-1279/1690之間)按照圖3、式4的方法設(shè)計。
圖6是本實施例的一次實際運行結(jié)果。從圖中可以看出，如果按照圖1的方法設(shè)計減速段保護速度，就可能出現(xiàn)限速保護。按照圖3的設(shè)計方法，在沒有出現(xiàn)減速段超速的情況下，為制動系統(tǒng)發(fā)揮作用提供了合適的時間，將提升機運行速度減下來。既避免了不必要的緊急制動，又保證了提升機的安全運行。
權(quán)利要求1.一種礦井提升機延遲式速度保護裝置，由信號處理部分和驅(qū)動部分所組成，其特征在于該裝置的信號處理部分包括速度傳感器(2)、速度測量單元(3)、開關(guān)量輸入信號(4)、開關(guān)量輸入接口(5)、存儲器(9)、微控制器(10)；驅(qū)動部分包括速度保護繼電器(6)、報警器(7)和開關(guān)量輸出接口(8)；其中，速度傳感器(2)、開關(guān)量輸入信號(4)的輸入端與提升機及電控系統(tǒng)(1)相接；速度傳感器(2)的輸出端接速度測量單元(3)，開關(guān)量輸入信號(4)的輸出端接開關(guān)量輸入接口(5)；速度保護繼電器(6)和報警器(7)的輸入端接開關(guān)量輸出接口(8)的輸出端，速度保護繼電器(6)的輸出端與提升機及電控系統(tǒng)(1)相接；速度測量單元(3)、開關(guān)量輸入接口(5)、開關(guān)量輸出接口(8)、存儲器(9)和微控制器(10)通過裝置內(nèi)部總線相接，組成主控制器(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井提升機延遲式速度保護裝置，其特征在于速度傳感器(2)、開關(guān)量輸入信號(4)的輸入端與提升機及電控系統(tǒng)(1)相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井提升機延遲式速度保護裝置，其特征在于速度傳感器(2)的輸出端接速度測量單元(3)，開關(guān)量輸入信號(4)的輸出端接開關(guān)量輸入接口(5)；速度保護繼電器(6)和報警器(7)的輸入端接開關(guān)量輸出接口(8)的輸出端，速度保護繼電器(6)的輸出端與提升機及電控系統(tǒng)(1)相接；速度測量單元(3)、開關(guān)量輸入接口(5)、開關(guān)量輸出接口(8)、存儲器(9)和微控制器(10)通過裝置內(nèi)部總線相接。
專利摘要礦井提升機延遲式速度保護裝置是一種礦井提升機控制裝置，該裝置的信號處理部分包括速度傳感器、速度測量單元、開關(guān)量輸入信號、開關(guān)量輸入接口、存儲器、微控制器；驅(qū)動部分包括速度保護繼電器、報警器和開關(guān)量輸出接口；其中，速度傳感器、開關(guān)量輸入信號的輸入端與提升機及電控系統(tǒng)相接，采集提升機及控制系統(tǒng)的信號；速度傳感器的輸出端接速度測量單元，開關(guān)量輸入信號的輸出端接開關(guān)量輸入接口；速度保護繼電器和報警器的輸入端接開關(guān)量輸出接口的輸出端，速度保護繼電器的輸出端與提升機及電控系統(tǒng)相接；速度測量單元、開關(guān)量輸入接口、開關(guān)量輸出接口、存儲器和微控制器通過裝置內(nèi)部總線相接，組成主控制器。
文檔編號B66B5/04GK2748426SQ20042007961
公開日2005年12月28日 申請日期2004年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月20日
發(fā)明者鄧世建, 于月森 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)