一種礦山立井提升機無人值守控制系統的制作方法

本實用新型涉及礦用提升機領域，具體為一種礦山立井提升機無人值守控制系統。

背景技術：

提升機在礦山的立井、斜井中廣泛應用，主要擔負提升礦物、升降人員、物料和設備等，是礦井系統設備的咽喉，提升機控制系統的安全，高效運行至關重要，它的技術性能和可靠性直接影響礦山的安全生產和經濟效益。

2016年10月新版的國家《煤礦安全規程》將發布，安全規程中明確的引入了“無人值守”的概念（ 第四百二十八條 （一）提升機操作必須遵守下列規定：主要提升機裝置應當配有正、副司機。自動化運行的專用于提升物料的箕斗提升機，可不配備司機值守，但應當設圖像監視并定時巡檢。（二）升降人員的主要提升裝置在交接班升降人員的時間內，必須正司機操作，副司機監護）。

提升機控制系統現狀：

1、隨著礦用機電設備自動化技術的發展，雖然實現了自動化控制，但是人為參與控制較多（原系統提升機運行指令由機房操作臺手動發出，見圖1），對提升機的安全性、穩定性、經濟性都有一定影響。

2、控制系統出現故障需要操作人員電話通知維修人員和調度中心報告故障狀況，調度中心難以及時準確了解故障情況，導致決策延時或不夠合理，可能給企業帶來損失。

3、提升機系統做不到提前預警，減少安全隱患。

4、對機械設備主要部位檢測手段不夠，留有許多檢測盲點，不能對機械設備進行有效保護。

5、部分安全檢測為機械檢測，檢測精度低，串口通訊方式，抗干擾能力差，通訊不可靠。

技術實現要素：

本實用新型為了解決背景技術存在的問題，提供一種礦山立井提升機無人值守控制系統。

本實用新型采取以下技術方案：一種礦山立井提升機無人值守控制系統，包括主機系統、輔機系統、配電系統、傳動系統、PLC控制系統、機房監控臺、井口控制臺、礦井提升機深度指示器裝置、系統故障推送系統和工業音、視頻監控系統，PLC控制系統分別與主機系統、輔機系統、傳動系統、機房監控臺和井口控制臺連接，主機系統與傳動系統通過電纜連接，傳動系統與配電系統連接，井口控制臺與礦井提升機深度指示器裝置連接，機房監控臺分別與系統故障推送系統和工業音、視頻監控系統連接。

配電系統：對主機系統供電、輔機系統和PLC控制系統電源供電。

PLC控制系統：PLC控制系統包括主控PLC1和監控PLC2， PLC1與PLC2之間相互通訊及監視。

機房監控臺：機房監控臺內設置遠程PLC3控制子站、工業交換機和上位機，遠程PLC3控制子站與主控PLC1進行網絡通訊，遠程PLC3控制子站與工業交換機連接，工業交換機與上位機連接。

井口控制臺：井口控制臺內設置遠程PLC4控制子站和觸摸屏，PLC4控制子站與主控PLC1進行網絡通訊。

礦井提升機深度指示器裝置：礦井提升機深度指示器裝置安裝在井口位置，包括提升信號系統、深度指示器和設置在井筒內的傳感器，均由PLC4控制子站控制、采集信號。

工業音、視頻監控系統：工業音、視頻監控系統與機房監控臺的工業交換機連接。

系統故障推送系統：系統故障推送系統包括發射裝置和手機接收裝置，發射裝置與機房監控臺的工業交換機連接，手機接收裝置接收發射裝置發射的信號。

所述的配電系統選用雙電源自動切換裝置。實現用戶正常電源與備用電源的自動切換和遠程控制。

所述的主機系統設有振動傳感器和溫度傳感器。對機械設備的有效保護。

PLC控制系統分別與機房監控臺和井口控制臺之間采用Profinet總線，機房監控臺分別與工業音、視頻監控系統和系統故障推送系統之間采用Profinet總線，井口控制臺分別與提升信號系統、深度指示器和傳感器之間采用Profinet總線。

用于上述無人值守控制系統的控制方法，該控制方法具體可按照如下流程執行：

控制步驟如下：

（1）通過井口控制臺遠程，控制指令由PLC4控制子站接收，通過Profinte總線通訊傳到PLC控制系統的主控PLC1處理并確認，啟動提升機輔助設備。

（2）PLC控制系統安全回路和閉鎖回路除打點信號均已準備好，通過井口控制臺選擇自動或半自動運行方式（機房監控臺手動或檢修運行方式應選擇在“0”位，井口控制臺選擇自動或半自動運行方式后機房監控臺選擇手動或檢修方式無效），而且主控PLC1檢測到提升機停車到位正常，在施閘狀態。

（3）井口提升信號系統發打點信號，由井口控制臺PLC4接收，通過Profinte總線通訊傳到控制系統PLC1處理并確認提升種類、去向，PLC控制系統自動發出開車信號指令，或人工操作井口控制臺提升按鈕，主控PLC1自動設置終點位置，并發出工作閘開閘指令。

（4）自動根據提升力矩計算至完全釋放，同時激活控制系統PLC1閉環控制功能，提升機開始運行，在運行過程中主控PLC1通過采集主機傳感器進行深度、速度、振動頻率、溫度計算分析，同時通過井口控制臺PLC4采集深度指示器（能直觀的給操作者顯示提升機運行位置）傳感器和井筒傳感器信號（通過Profinte總線通訊傳到控制系統PLC1處理并確認），對提升機的運行起到應有的安全保護。

（5）在到達預設終點發出施閘指令，閉環控制使能停止工作，提升機自動準確停車。

（6）系統集成工業音、視頻監控系統和系統故障信息推送系統，用戶調度中心可與該系統聯網，實現遠程對提升機的監視功能，主控PLC1預警和故障信息通過Profinte總線通訊傳送到推送系統，并能第一時間通過推送系統將預警和故障信息發送到相關人員手機（安裝專用APP軟件）中，使相關人員能準確判斷提升機故障，及時排除。

檢修步驟如下：

（1）提升系統需手動開車或檢修，通過操作工操作機房監控臺選擇手動或檢修運行方式（井口控制臺選擇自動或半自動運行方式應選擇在“0”位，機房監控臺選擇手動或檢修運行方式后井口控制臺選擇自動或半自動方式無效），控制系統安全回路和閉鎖回路除打點信號均已準備好，通過機房監控臺啟動，控制指令由PLC3接收，通過Profinte總線通訊傳到控制系統PLC1處理并確認，提升機輔助設備，而且控制系統檢測到提升機在施閘狀態。

（2）井口提升信號系統發打點信號和開車信號指令，由井口控制臺PLC4接收，通過Profinte總線通訊傳到主控PLC1處理并確認提升種類、去向。

（3）人工操作機房監控臺閘、速度主令控制手柄。

（4）主控PLC1接收到工作閘開閘指令，系統自動根據提升力矩計算至完全釋放，同時激活控制系統閉環控制功能，提升機開始運行（通過調節速度主令控制手柄角度實現連續可調速度），在運行過程中控制系統PLC1通過采集主機傳感器進行深度、速度、振動頻率、溫度計算分析，同時通過井口控制臺PLC4采集深度指示器傳感器和井筒傳感器信號，通過Profinte總線通訊傳到控制系統PLC1處理并確認，對提升機的運行起到應有的安全保護。

（5）到達預設終點，由人工手動操作機房監控臺閘、速度主令回零位停車；

（6）信號系統發出停車信號由監控臺PLC3接收，通過Profinte總線通訊傳到控制系統PLC1處理并確認，信號系統發出施閘指令，由井口控制臺PLC4接收，通過Profinte總線通訊傳到控制系統PLC1處理并確認，閉環控制使能停止工作，提升機自動停車。

與現有技術相比，本發明實現用戶立井提升系統減少人員編制，降低人工成本，同時減少操作人員(將人工操作改為由計算機依據預設的提升速度圖、力圖實現自動控制)誤操作的可能性，提升機無人值守控制系統在自動模式下，電控系統整合所有外圍信息，當收到信號系統開車信號時，在滿足開車條件的情況下，系統根據提升力矩自動開閘，自動生成S形曲線進行速度給定，并進行速度、深度計算，減速點后同步校正，準確停車；電控系統在運行中診斷和分析運行過程中存在的報警、故障信息，并能及時將控制系統預警、故障信息通過故障信息推送系統第一時間反饋給相關人員；控制系統還集成了工業音、視頻監控系統，它們能直觀有效地提前發現問題，對系統運行故障有一定的預警能力，用戶相關人員也能第一時間掌握故障信息，做準確判斷和決策；整個控制系統采用西門子PROFINET進行組網，通訊介質采用光纖,從而提高了提升系統可靠性。

附圖說明

圖1為本實用新型系統結構圖；

圖2為PLC控制系統工藝流程圖；

圖3為本實用新型控制法方流程圖；

圖中1-主機系統，2-輔機系統，3-配電系統，4-傳動系統，5- PLC控制系統，5.1-PLC1，5.2-PLC2，6-工業音、視頻監控系統，7-系統故障推送系統，7.1-發送裝置，7.2-手機接收裝置，8-機房監控臺，8.1-PLC3，8.2-上位機，8.3-工業交換機，9-井口控制臺，9.1-PLC4，9.2-觸摸屏，10-提升信號系統，11-深度指示器，12-傳感器，a-傳動至主機電機動力電纜，b-主機傳感器信號采集電纜，c-輔機系統傳感器信號采集、閥件控制電纜，d-深度指示器控制、傳感器采集電纜，e-井筒傳感器信號采集電纜，f-提升信號系統打點信號采集電纜，g-控制系統Profinet總線，h-輔機系統動力回路，i-控制系統控制傳動系統電纜。

具體實施方式

如圖1所示，一種礦山立井提升機無人值守控制系統，包括主機系統、輔機系統、配電系統、傳動系統、PLC控制系統、機房監控臺、井口控制臺、礦井提升機深度指示器裝置、系統故障推送系統和工業音、視頻監控系統，PLC控制系統分別與主機系統、輔機系統、傳動系統、機房監控臺和井口控制臺連接，主機系統與傳動系統通過電纜連接，傳動系統與配電系統連接，井口控制臺與礦井提升機深度指示器裝置連接，機房監控臺分別與系統故障推送系統和工業音、視頻監控系統連接。

配電系統：對主機系統供電、輔機系統和PLC控制系統電源供電。

傳動系統：采用滿足提升機四象限運行和過載倍數的調速裝置（調速裝置的過載能力應大于電動機的過載能力），帶零速懸停功能，具備與控制系統PLC通訊功能。

PLC控制系統：PLC控制系統包括主控PLC15.1和監控PLC25.2， PLC15.1與PLC25.2之間相互通訊及監視。選用Siemens公司為S7系列產品，PLC1與PLC2之間相互通訊及監視，監控PLC2有獨立的安全保護環節。

主控PLC1能完成提升機手動、自動、半自動、檢修、應急、急停各種運行方式的控制要求，各種操作控制方式均與提升信號閉鎖。

機房監控臺：機房監控臺內設置遠程PLC38.1控制子站、工業交換機8.3和上位機8.2，遠程PLC38.1控制子站與主控PLC15.1進行網絡通訊，遠程PLC38.1控制子站與工業交換機8.3連接，工業交換機8.3與上位機8.2連接。

機房監控臺上裝有選擇開關、主令、按鈕、急停按鈕、音響設備，能實現提升機輔機控制，手動、檢修、應急方式控制指令的發送。

機房監控臺內集成上位監控系統 ：具有與PLC1通訊及礦井管理系統聯網的功能。實現安全故障及事件的實時打印。

監控軟件實現：

提升系統動靜態畫面（如提升過程動態，顯示速度動態曲線(給定與實際)， 電機電流動態曲線，提升容器位置動態顯示、可調閘電流（電壓）、制動油壓的動態顯示等）。

具有對提升機系統發生的輕、重故障進行診斷和保存；能顯示故障發生時的位置、時間、原因，對深度、速度實時值、提升種類、信號情況進行實時顯示并記錄功能。

各類報表生成、歷史記錄。

能實現系統PLC I/O、AI/AO點的狀態或值的查閱。

能實現故障點的診斷信息原因和排除辦法。

井口控制臺：井口控制臺內設置遠程PLC49.1控制子站和觸摸屏9.2，PLC49.1控制子站與主控PLC1進行網絡通訊。各種信號線通過通訊電纜完成，實現網絡化控制。井口控制臺上裝有指示燈、儀表、按鈕、急停按鈕、音響設備、數字顯示屏或觸摸屏等，能實現提升機運行的自動、半自動控制工藝的要求。

井口控制臺內集成觸摸屏監控系統：主要顯示的內容：罐籠位置、速度、電機電流、制動油壓、可調閘電流、提升機運行狀態、故障狀態等。系統預留提升信號、操車系統接口。

礦井提升機深度指示器裝置：礦井提升機深度指示器裝置安裝在井口位置，包括提升信號系統10、深度指示器11和設置在井筒內的傳感器12，均由PLC4控制子站控制、采集信號。

工業音、視頻監控系統：工業音、視頻監控系統與機房監控臺的工業交換機連接。

系統故障推送系統：系統故障推送系統包括發射裝置7.1和手機接收裝置7.2，發射裝置與機房監控臺的工業交換機連接，手機接收裝置接收發射裝置發射的信號。

所述的配電系統選用雙電源自動切換裝置。實現用戶正常電源與備用電源的自動切換和遠程控制。

所述的主機系統設有振動傳感器和溫度傳感器。對機械設備的有效保護。

PLC控制系統分別與機房監控臺和井口控制臺之間采用Profinet總線，機房監控臺分別與工業音、視頻監控系統和系統故障推送系統之間采用Profinet總線，井口控制臺分別與提升信號系統、深度指示器和傳感器之間采用Profinet總線。

如圖3所示，用于上述無人值守控制系統的控制方法，該控制方法具體可按照如下流程執行：

控制步驟如下：

（1）通過井口控制臺遠程，控制指令由PLC4控制子站接收，通過Profinte總線通訊傳到PLC控制系統的主控PLC1處理并確認，啟動提升機輔助設備。

（2）PLC控制系統安全回路和閉鎖回路除打點信號均已準備好，通過井口控制臺選擇自動或半自動運行方式（機房監控臺手動或檢修運行方式應選擇在“0”位，井口控制臺選擇自動或半自動運行方式后機房監控臺選擇手動或檢修方式無效），而且主控PLC1檢測到提升機停車到位正常，在施閘狀態。

（3）井口提升信號系統發打點信號，由井口控制臺PLC4接收，通過Profinte總線通訊傳到控制系統PLC1處理并確認提升種類、去向，PLC控制系統自動發出開車信號指令，或人工操作井口控制臺提升按鈕，主控PLC1自動設置終點位置，并發出工作閘開閘指令。

（4）自動根據提升力矩計算至完全釋放，同時激活控制系統PLC1閉環控制功能，提升機開始運行，在運行過程中主控PLC1通過采集主機傳感器進行深度、速度、振動頻率、溫度計算分析，同時通過井口控制臺PLC4采集深度指示器（能直觀的給操作者顯示提升機運行位置）傳感器和井筒傳感器信號（通過Profinte總線通訊傳到控制系統PLC1處理并確認），對提升機的運行起到應有的安全保護。

（5）在到達預設終點發出施閘指令，閉環控制使能停止工作，提升機自動準確停車。

（6）系統集成工業音、視頻監控系統和系統故障信息推送系統，用戶調度中心可與該系統聯網，實現遠程對提升機的監視功能，主控PLC1預警和故障信息通過Profinte總線通訊傳送到推送系統，并能第一時間通過推送系統將預警和故障信息發送到相關人員手機（安裝專用APP軟件）中，使相關人員能準確判斷提升機故障，及時排除。

檢修步驟如下：

（1）提升系統需手動開車或檢修，通過操作工操作機房監控臺選擇手動或檢修運行方式（井口控制臺選擇自動或半自動運行方式應選擇在“0”位，機房監控臺選擇手動或檢修運行方式后井口控制臺選擇自動或半自動方式無效），控制系統安全回路和閉鎖回路除打點信號均已準備好，通過機房監控臺啟動，控制指令由PLC3接收，通過Profinte總線通訊傳到控制系統PLC1處理并確認，提升機輔助設備，而且控制系統檢測到提升機在施閘狀態。

（2）井口提升信號系統發打點信號和開車信號指令，由井口控制臺PLC4接收，通過Profinte總線通訊傳到主控PLC1處理并確認提升種類、去向。

（3）人工操作機房監控臺閘、速度主令控制手柄。

（4）主控PLC1接收到工作閘開閘指令，系統自動根據提升力矩計算至完全釋放，同時激活控制系統閉環控制功能，提升機開始運行（通過調節速度主令控制手柄角度實現連續可調速度），在運行過程中控制系統PLC1通過采集主機傳感器進行深度、速度、振動頻率、溫度計算分析，同時通過井口控制臺PLC4采集深度指示器傳感器和井筒傳感器信號，通過Profinte總線通訊傳到控制系統PLC1處理并確認，對提升機的運行起到應有的安全保護。

（5）到達預設終點，由人工手動操作機房監控臺閘、速度主令回零位停車。

（6）信號系統發出停車信號由監控臺PLC3接收，通過Profinte總線通訊傳到控制系統PLC1處理并確認，信號系統發出施閘指令，由井口控制臺PLC4接收，通過Profinte總線通訊傳到控制系統PLC1處理并確認，閉環控制使能停止工作，提升機自動停車。