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无人值守矿井提升机电控/集控

我公司提升机电控系统是在消化吸收国外知名大公司产品的技术，并结合国内的经验基础上开发出来的，完全适合国内的各种提升机的安全和生产要求，在完全自动化和无人值守方面在国内处于先进水平。

所属分类：

业务范围

关键词：

我司技术人员参与的提升机电控系统的一些参数如下：
提升机直流电动机单机最大功率：3600KW
提升机交流电动机单机最大功率：4500KW
提升机最大提升高度：1263米
提升机最大速度：12.5米/秒
提升机最大提升重量：30吨/单斗
提升机最多运行中段：24个中段(水平)
最复杂提升机：箕斗与罐笼互为平衡，二个装矿站、一个卸矿站、二十四个中段水平、装矿分矿石和废石

提升机直流电机控制系统

KY-HYTC-DC-是我司专为矿山矿井提升机直流电动机配套的提升机电控系统。适用于所有提升机，如主井、副井、混合井(箕斗与罐笼互为平衡)。
该提升机电控系统可根据用户要求提供完整的配电系统、传动系统及控制系统等电气设备，并负责软件编制、现场安装指导和调试工作，达到交钥匙程度。
我公司提升机电控系统是在消化吸收国外知名大公司产品的技术，并结合国内的经验基础上开发出来的，完全适合国内的各种提升机的安全和生产要求，在完全自动化和无人值守方面在国内处于先进水平。
2006年我公司工程师在国内提出无人值守提升机电控系统，并第一个成功应用。在山东黄金望儿山金矿主混合井(箕斗与罐笼互为平衡，一个装矿站、一个卸矿站、七个中段水平)电控系统中，达到了不要司机，不要信号工，只需跟罐工的水平。在山东黄金(沂南)有限公司全部提升机实现无人值守，做到跟电梯一样的效果。

提升机直流电机控制系统

提升机交流控制系统驱动部分采用高压变频器、低压变频器实现四象限运行。

三山岛金矿“国际一流矿山”建设调度室集控操作台

提升机电控系统集成的原则

1、系统以以太网数据交换为平台，现场总线控制为基础组成数字化网络控制系统，为提升机实现集中控制提供了网络基础，同时减少了控制电缆使用，控制电缆和接线引发的故障大大减少。降低了系统投资，提高了控制精度。

2、提供网络功能，使提升机控制系统通过相同监控系统的统一平台构成网络，实现集中控制成为可能。集中控制室可设在井塔，将此网络作为全矿网络的一个节点接入全矿网络，实现信息共享。

3、控制电路采用最新设计思路，最大限度地减少了中间继电器、时间继电器、按钮、信号灯的使用，控制电路简洁，维护方便。

4、操作台人性化设计。使用先进的触摸屏控制技术，各种画面随信号自动切换，报警信息、综合信息显示直观。

5、集成系统的元器件、变流器模块、控制器、监控与控制计算机等均采用国内外已经标准化的产品。

6、对于传动的使用在容量上留有必要的余度(详见供货范围及技术说明)，其目的是使变频器在整个提升机使用期间成为一个相对可靠的维护工作量少的装置，同时可减少备件贮存，降低维护费用。

7、在变频器交流侧设置除标准化变流器所具有保护以外的浪涌吸收装置。这一措施已在实际使用中得到了很好的回报，提高了变流器主元件的使用寿命。

8、变频器交流侧主电路及控制电源回路，均设置绝缘检查装置，以满足人身安全与设备安全的要求。

9、主控计算机(PLC)与数字监控器(PLC)均为国际知名中大型PLC系列产品，以便用户的维护和减少备品备件。

10、控制系统的控制功能具有完善的提升系统安全保护性能，除满足上述冶金矿山安全规程的规定和国际上已普遍采用的安全措施外，安全回路除计算机(PLC)控制之外，还有一套硬接线的安全制动继电器回路。全行程的速度监控系统为两套独立的装置与检测器件，分别在主控PLC和提升机数字监控器(PLC)内独立完成两条完全冗余的全行程一速度的包络线保护(这是《有色金属矿山电力设计规范》和国际先进矿井提升机电控系统的共同要求)，以保安全；鉴于提升机有丢失闸力的可能，本系统增加了在丢失闸力时的保护措施，以降低严重恶性事故产生的可能性，此严重故障曾在国内多台提升机上出现过，因此很有必要在电控系统内增设此保护。

11、提升过程自动控制系统，包含按照各中段操作箱所发出目的中段地址，并得到确认允许运行后，完成自动启动、自动减速与自动准确停车的提升循环，慢上慢下自动控制，换层自动控制以及运行状态的自动检测与诊断。

12、本集成系统一方面将井筒开关减少到最低限度，对于重要的开关进行故障诊断，同时选用防护等级高的元件，以适应井筒的恶劣环境的要求，其规格选用IP67或IP68的产品。

13、过卷开关将采用我司针对国内矿井提升机现状专门开发的产品。

14、上位机(监控计算机)使用名牌PC机。经多次改进图形动态性能好，色彩逼真。例如提升机运行可见提升机卷筒转动、显示容器在井筒内的实际位置等等；历史数据报表更准确，更全面；包括设备完好率、运行率等的统计与计算。上位机具有联网的功能，能满足矿区网络的联网要求。

15、本系统安全可靠，自动控制性能高，能达到而且超过国内已投产提升机电控系统的先进水平；双重全行程一速度包络线保护，设置了防止圆盘闸闸力丢失的保护等。

提升机电控系统新特点

1、闸力丢失保护：
在液压站闸系统故障提升机闸不住时，启动传动拖住提升机，以脉动的形式运行到井筒终端，避免高速过卷引起断绳、坠罐等严重故障。

2、控制系统恒减速：
类似于汽车ABS系统，采用电气控制提升机按预定减速度减速。

3、防止箕斗重复装矿：
箕斗运行方式下，在箕斗没有卸载完或者未卸载的情况下不允许再次装矿。

4、遥控要罐和智能语音：
跟罐信号工使用遥控器在罐笼内操作，更安全、更可靠。

5、安全操作台软件：
软件是整个系统的灵魂，就跟人的思想一样。我司的软件设计完全以安全可靠为目的，操作台放置在井口，其所有开关、按钮等在提升机运行过程中不当操作均不响应。玲珑、望儿山、沂南金矿等矿山已经成功应用多年，而且沂南金矿已取消了操作工，达到了无人值守。

6、第一故障智能判断：
能够准确知道第一个发生的故障并在触摸屏显示，准确定位到哪个程序、哪页图纸，便于维护人员判断出来。

7、编码器增加，使罐笼、箕斗的实时行程更加精确，保护更可靠。

8、可实现远程诊断和故障处理。只要将提升机电控PLC连接到以太网，我司技术支持人员便可对提升机程序进行调试和故障处理。

9、预留接口，可以纳入数字化矿山建设中，实现提升机无人值守运行。

10、提升机完全自动化。可实现罐笼、箕斗自动转换运行。

11、系统具有硬件、软件安全回路智能自检，语音播报功能。该功能能够及时发现程序被强制，安全回路被人为短接等不安全操作。

主控系统

我司在提升机电控系统中成功运用西门子S7-1500系列，艾默生RX3I系列PLC。并能够达到主PLC与数字提升机监控器各独立完成一套行程一速度包络线保护，以满足规程对现代提升机安全保护的两套包络线冗余的安全保护要求。
(1)PLC底板
(2)电源模块
(3)CPU模块
(4)通讯接口
(5)高速计数模快
(6)模拟量输入模块
(7)模拟量输出模块
(8)数字量输入模块
(9)数字量输出模块

采用双PLC工作，一台为主PLC，另一台为从PLC。主PLC负责提升机的主程序及系统管理，完成控制和保护；从PLC负责深度指示及监控，作为后备保护。整个系统有主有从，互有分工，相互监视，从而确保提升机的安全运行。

a)选用原装可编程控制器。
b)主控计算机应用软件能完成提升机自动、半自动、手动、检修、回收、慢动、紧急停车、低爬等运行方式的控制要求。
c)监视提升系统各路电源。
d)完成提升机运行工艺要求的控制功能。
e)实现对调速系统速度给定的控制。
f)实现提升机液压制动系统控制功能，两套可调闸控制环节(软件与硬件冗余)。
7)完善的保护功能，对于全速超速、井筒两端减速段超速、上下过卷等安全保护具有多重保护。同时，还能完成定点速度监视、井筒开关监视、电机温度检测、预留闸瓦磨损与弹簧疲劳、闸盘温度检测装置、闸瓦间隙检测装置等监控与保护功能接口，并接入主PLC系统。
过卷开关设置机械式及感应式(磁开关)各一套。
8)实现连续速度包络线监测保护和逐点速度监测保护功能。
9)实现数字行程给定功能，定位精度≤|2|cm,并实现数字行程罐位显示，在井筒内设置同步开关对光电编码器进行同步校正。
10)实现PLC故障状态下的低速故障开车功能。
11)保护功能按下列三类设置：
——立即施闸的紧急停车。
——首先按设定减速度减速，然后紧急停车。
——完成本次提升后不允许再次开车功能，即一次提升。
12)完成提升机位置控制，保证提升机安全运行。
13)主控计算机具有故障自诊断功能。
14)可在线或离线修改用户程序。
15)实现上位机监控功能。
16)安全回路(软件与硬件冗余)：现场安全事故信号采用继电器隔离后进PLC,利用PLC内部安全回路和外部继电器安全回路共同构成两重安全保护。在PLC内部也可设置多重保护回路，以实现对各种故障的综合判断。具有所要求的各种保护。

控制功能

(1)位置控制：包括减速、停车、过卷、同步、钢绳长度变化及由于急停、装矿造成的位移变化补偿。
(2)运行全程速度、位置、减速、过卷均采用两套独立装置互为保护监视。
(3)故障诊断功能：具有PLC、变流器、总线通讯及I/O子站的完整故障诊断、监测及保护功能。
(4)具备提升机超重、制动闸检测等检测保护功能。
(5)具备完善的防止误操作措施，包括硬件和软件上的措施。
(6)具备完善的连锁保护功能。
(7)液压系统采用比例溢流阀调压装置调压。线性度≤±3.5，重复精度≤±3，带有PLC编程接口或电脑接口，可实现自动控制。PLC电控系统能实现与该调压装置的良好结合，闸控系统制动力矩可调整。
(8)控制范围：变流器、液压站、闸系统监测、电机温度监视全纳入控制系统中。
(9)提升全过程无级加减速，电流、速度双闭环直接力矩控制。开车方式能够实现手动开车、检修开车、过卷回收四种运行方式。
(10)两套独立PLC分别采集两套独立脉冲编码器，PLC冗余检测，对运行全程的速度、位置、减速、过卷均采用主控PLC和监控PLC互为保护监视，提高安全可靠性，能满足提升机在最恶劣情况下可靠停车。
(11)具备齐全的安全保护功能：要具有多种安全保护回路，利用PLC实现完善的保护功能，并增加一套独立的继电器安全保护系统。对于全程包络线超速、过卷、减速等关键环节应具有多重独立保护，多条安全保护回路之间互相冗余。轻重故障具有声、光报警或预报警。过卷开关设置机械式一套，具备过卷方向记忆，非过卷方向复位。提升机发生故障时，系统制动按下列三类设置：
　　a.安全制动即立即抱闸的紧急停车。如：电源故障、主回路过压、失压及缺相、变频器故障、PLC系统故障、闸系统故障、深度指示器失效、提升容器的上下过卷、超速、急停、减速过速、过流、钢丝绳松绳、错向操作等或由供货厂商认为需要而补充安全制动的故障。
　　b.事故停车：先按设定减速度减速，然后紧急停车，如制动油温高、闸瓦磨损、主电机超温、变流器超温等。
　　c.一次提升：完成本次提升后，故障未排除不允许再次开车。

主控计算机(PLC)具有完成下列运行方式的能力

具有自动、半自动、手动、检修、应急运行、急停等操作方式。各种操作方式均与提升信号闭锁，没有信号不能开车。各种操作方式均应有可靠的保护，符合《金属非金属矿山安全规程》(GB16423-2020)的规定。
(1)自动：自动开车方式下，司机不参与操作。在信号系统满足条件，自动运行逻辑具备条件。提升机将自动启动、加速、等速运行、减速、自动到位停车完成一个提升循环，并具安全联锁；具有自动根据信号系统指令选择提升方向，确定运行速度等功能。
(2)半自动操作：在半自动运行逻辑正常时，司机可通过按钮或信号工打点开车，让系统完成一个提升循环；具有自动选择去向，确定运行速度等功能。
(3)手动：司机根据信号系统情况，通过速度给定器件控制提升机速度，受操作方式和行程控制器的限制，在额定运行速度范围内连续可调，能实现自动加速、自动减速、准确停车。
(4)检修：只允许手动操作，用于检查钢丝绳和检查井筒。检修速度：0～0.5m/s。
(5)应急操作：在计算机、监测系统出现局部故障时，提升机能实现低速故障运行，速度<2m/s,并且具有《金属非金属矿山安全规程》规定的保护能力；
在任何运行方式下，司机通过急停按钮或脚踏开关实施急停操作。
(6)过卷回收：过卷后可将提升容器开回正常位置，速度为0.2m/s,且具有方向闭锁(上过卷接触不能向上开车，下过卷接触不能向下开车)。
(7)慢动：司机根据信号工的信号完成上、下慢动，自动运行。
能完成完善的提升系统的保护功能，对于全速超速、井筒两端减速段超速及上、下过卷等安全保护具有两套独立保护装置。

主控PLC与信号远程I/O通讯
主控系统与信号系统之间的工业局域网络进行系统通讯及信号交换，并预留标准TCP/IP接口方便与矿山生产调度网络联接。

计算机柜1台

装有主控计算机、控制电源开关、端子和继电器。其结构为威图结构形式，钢板喷塑，桔皮花纹喷塑新工艺，可靠墙安装，前面维护，满足电气设备与人身安全的保护要求，满足电磁兼容设计(EMC)要求。控制电源开关、端子和继电器选用西门子或施耐德产品。

继电器柜

硬接线安全电路：柜内装有硬接线的安全保护继电器，实现与PLC软件安全回路的冗余功能，以及PLC控制输入/输出的接口电路。包括安全制动、紧急停车、进线开关跳闸、变流器故障、全行程任意点超速、过卷、闸系统故障、尾绳故障等，用硬接线继电器线路，继电器装于继电器柜内。
继电器：装有必要的用于功能和功率扩展的继电器，继电器为西门子或施耐德继电器，端子以及必需的控制电源与开关选用西门子或施耐德的产品。
机体：结构与制造工艺同计算机柜。

监控系统1套

设有上位机监控系统，提供提升系统状态中文动态画面显示。
包括设备参数、设备运行状态、速度、电压、电流曲线、主控PLC包络线保护曲线、数字监控器包络线保护曲线等的显示与记录、故障记录及报警、各类报表、产量记录等。动态画面为三维立体画面与提升机电控系统实物可动画面相结合的动态画面。
能够显示并打印当班、当日、当月、全年的提升量。
(1)具有与PLC通讯接口，通过键盘对提升机电控系统进行编程。实时画面可显示提升机的速度，提升深度、故障，以及各幅画面的切换。
(2)控制软件实现：
——提升系统动静态画面生成(如提升过程动态，显示速度动态曲线，电枢电流动态曲线，提升容器位置动态显示等)。
——井筒开关动作情况记忆及显示。
——故障自检显示、报警，能显示故障发生位置、时间、原因等，对系统重要参数如速度、电流、电压及运行状态进行实时检测，对重要的参数，如速度图可存盘保留至少三个月。
——各类报表生成(班报、日报、月报、年报)及记录、运行及故障历史记录，并具备查询功能。
(3)留有与企业局域网和INTERNET的接口，并免费提供通讯协议。

硬件

采用含远程通讯接口，台湾研华工控机
台式机箱，显示器采用22寸液晶，配备A4激光打印机一台等，并配工程师站一台。一台用于故障检修，一台用于系统运行界面显示。

软件

根据需要装备Windows以及编程软件和上位机软件。
当提升机运行时，监控系统是操作员站，系统调试时，监控系统是工程师站。

操作台1台

操作台放置在操作机房，我司在多家矿山将操作台放置在井口，因此具有远程操作提升机的实践经验。
操作台上装有指示灯、仪表、选择开关、按钮、音响设备，能实现提升机运行的各种控制工艺要求。
——仪表主要显示的内容：罐位数字深度指示器(精确显示罐位的实际位置)及柱式模拟深度指示、提升速度、电枢电流、励磁电流、制动油压、可调闸电流、高压电源电压、电枢电压、箕斗提升钢丝绳延长量(增加检测开关，并汇入(PLC)等。
——组合指示灯的内容包括：提升机运行状态指示、信号指示、装载站皮带跑偏检测开关及拉绳开关的状态和安全状态指示两大类。在操作台的一侧放上位机及其显示设备。
——选择开关及按钮包括：运行方式选择开关、过卷复位开关、自锁式紧急制动按钮、半自动开车按钮、试验按钮(或开关)等。
——调闸方式

操作台装有下列部件：

操作台装有下列部件：
(1)信号指示(显示必要的报警性信号、综合信号)
(2)触摸屏(显示必要的报警性信号、综合信号)
(3)上下提升开关及手动速度给定
(4)提升速度指示
(5)电动机电枢、磁场电流指示
(6)提升位置显示
(7)闸压力指示
(8)电动机停机显示灯
(9)紧急停车按钮(带有保护保持型)
(10)运行方式选择(自动、手动、检修、回收)
(11)解除报警按钮(瞬时)
(12)安全电路复位按钮(瞬时、绿色)
(13)提升机封锁按钮
(14)报警器
(15)上位机主机置于操作台柜内，液晶显示器装于操作台面板上

数字监控器

PLC(与主控计算机同型号)
(1)PLC底板
(2)CPU模块
(3)通讯接口
(4)电源模块
(5)高速计数模块
(6)数字量输入模块
(7)数字量输出模块

功能：
全行程速度与位置的连续监测；
(1)上、下过卷保护
(2)上、下减速点信号保护
(3)110%全程速度包络线保护
(4)115%全程速度包络线保护
(5)与主系统位置、速度误差过大保护
(6)跳闸继电器冗余功能和监视
(7)中文报警信息及时准确
(8)自动记录故障点的速度和位置值
(9)全程速度自学习功能。
(10)监控器修改参数方便，具有密码保护功能。

机房辅助设备

编码器为SICK产品。采用数字行程监控，主、副PLC分别对提升速度和位置监视并具有独立的控制及调节功能以及传动速度反馈。深度指示采用数字显示，精度应<±5mm。
轴编码器(瑞士生产IP65)，装于天轮轴端作为数字监控器全行程速度监控和位置检查。
轴编码器(瑞士生产IP65)，装于卷筒轴端用于主控PLC位置监控和位置检查。
轴编码器(瑞士生产IP65)，装于电机轴端用于测速反馈。

井筒开关与设备

过卷保护装置（专有产品）
过卷保护装置开关为机械式限位开关，德国进口或欧姆龙产品，智能过卷开关1套。

开关
箕斗、罐笼停车开关，校核开关，溜槽打开关闭开关，斗门打开关闭开关，分配小车位置检测开关，分配小车机械超限位开关，绳伸长开关，减速开关，同步开关，备用。

低压配电柜

双电源进线，具有机械闭锁功能，多回路电源回路预留，为提升机外围设备及车房其他低压负荷供电，主要元器件选用施耐德或西门子产品等。断路器、接触器选择ABB、西门子、施耐德产品；继电器选择西门子产品；小型继电器选择施耐德、魏德米勒产品；开关电源选择菲尼克斯产品；控制变压器选择国内知名品牌按钮、指示灯、转换开关选择ABB、西门子、施耐德产品；电机冷却风机采用工频/变频控制，柜体选择冷轧钢板，柜体内外喷塑，厚度不少于2mm；根据进出线电缆截面加装PG头，位置布置合理，柜内配置避雷浪涌吸收装置，最大放电电流满足系统所需。
柜体：威图密闭式结构，钢板喷塑，桔皮花纹喷塑新工艺。满足电磁兼容设计(EMC)要求。
220V不间断电源
含UPS进线电源所需的断路器与接触器。装在低压配电柜内。

中段箱装置

不锈钢操作箱，防护等级为IP56
中段信号箱(网络子站控制箱),含电动门、阻车器连锁控制及信号控制，PLC选择美国GE或德国西门子产品，断路器选择ABB、西门子、施耐德、常熟开关产品；继电器选择西门子产品；小型继电器选择施耐德或魏德米勒产品；开关电源选择菲尼克斯产品；按钮、转换开关、指示灯、选择ABB、西门子、施耐德、常熟开关产品；端子排选择魏德米勒或霍尼韦尔产品，柜体选择不锈钢(304)，柜体内外喷塑，厚度不少于2mm；根据进出线电缆截面加装PG头，位置布置合理。

箱上装有：
(1)现场总线子站(包含通讯模块，输入、输出模块等)
(2)不锈钢开关键盘(即选择到达中段，慢上及慢下)
(3)指令执行按钮
(4)允许慢动开关
(5)试灯按钮
(6)紧急停车按钮
(7)灯光显示(如：上升、下降、目的中段、允许罐笼运行、提升机运行状态等)
(8)语音播报系统
(9)应急打点信号
(10)中间继电器，端子等

装载站设备

装载站的工艺设备控制全部纳入主控PLC系统。装载站受控工艺设备有振动放矿机(矿石放矿机、废石放矿机)、皮带机、计量漏斗、斗门和溜嘴，计重漏斗开闭、分配溜槽，液压站的电控系统包含在装载站的控制系统以内。振动放矿机和皮带运输机采用交流变频调速控制，变频器采用ABB产品，带滤波电抗器，确保对通信及其它电气、仪表等设备无电磁干扰，对电网无谐波污染。量漏斗斗门和溜嘴开关采用德国SICK或P+F进口开关。
计重装置包括一次传感器和二次仪表，一次传感器要求防护等级为IP68,并适应计重漏斗的受力状况，采用西门子，茵泰科，梅特勒托利多等进口产品。
装矿皮带运输机加装皮带跑偏、撕裂、打滑检测和急停拉绳开关，并在操作台上显示开关状态。
装载站低压配电柜预留检修、照明电源。

卸载站设备

卸载站的工艺设备控制全部纳入主控PLC系统。卸载站受控工艺设备有分配小车，功率见工艺设备。
矿石分配小车位置检测选用德国SICK或P+F进口开关，开关要求防护等级为IP67,配置为两级保护。
采用原装进口超声波、雷达或激光料位计实现矿石仓及废石仓料位的连续检测和保护。
高料位信号与提升机连锁、底料位与矿仓底部振动放矿机连锁，料位信号在操作台上显示。