矿井提升机制动装置的PLC控制

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矿井提升机制动装置的PLC控制

    摘要 分析了矿井提升机液压站制动装置的事故原因,结合液压站的工作原理,探讨了采用PLC电控系统的控制过程及注意事项。并根据制动系统的可靠性分析对其进行改进,改进后的电控系统可靠性得到提高,现场设备的相互匹配性得到增强,还可灵活地实现各种功能的变更。
    关键词 提升机;液压站;PLC

    矿井提升机制动装置是矿井提升机的重要保护装置。制动装置的作用可归纳为:(1)在提升终了或提升机不工作时,可靠地闸住提升机。(2)在减速阶段参与提升机的速度控制。(3)作为安全机构,在发生紧急事故时,对提升系统进行保护。(4)对双卷筒提升机,在打开调绳离合器,更换水平、调节绳长时,能闸住活卷筒、松开死卷筒,以便进行调绳操作。
    目前矿井提升机的制动装置多为盘式闸制动系统,主要由制动器和液压站组成。在提升机的操作使用过程中,尽管对制动系统设计整定的制动力矩倍数达到提升机静力矩的3倍以上,但仍因制动系统失效而引发过卷、蹲罐等事故,造成严重经济损失。
    根据对制动系统的可靠性分析,盘式闸制动系统引发事故的原因有:(1)液压站在紧急制动时,管路回油不畅。(2)液压站工作制动调压稳定性不够。(3)残压过高,电磁阀故障。(4)制动器故障,如碟形弹簧疲劳或断裂、闸瓦污染等造成制动力矩不足等。而整个液压站的电控部分采用可编程控制器(PLC),则会大大提高电控系统的可靠性;同时增加了与现场设备的相互匹配性,可以灵活地实现各种功能变更。

    1 液压站工作原理
    液压站的工作过程主要包括:工作制动和安全制动。液压站采用可编程控制器(PLC)控制,其工作原理根据液压站动作过程进行编程,电磁阀的动作状态如表1所示。

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    1.1 正常工作制动
    当提升机开车时,给液压站的电动机1供电,油泵2启动,时液压站中的电磁阀由可编程控制器(PLC)控制,G1、G2、G3、G4、G6、G7通电,司机推动可调闸手柄,提升电控系统发出—个增大的电压值,这个电压进入液压站电控柜中的放大板,并控制电液比例溢流阀4来调整系统压力,使系统油压增大到一定值。压力油一部分进入A、B管打开提升机制动器,提升机即可开车运行;另一部分压力油进入蓄能器13,为安全制动储备压力能。当提升机停车时,司机拉回可调闸手柄,提升电控系统发出一个减小的电压值,使系统油压减小,完全拉回手柄,PLC控制电磁阀G6、G7断电,系统油压降为0,制动住提升机,等待下一次提升。
    1.2 安全制动
    安全制动分为两种情况:一种是提升容器运行在井筒中时,提升机出现紧急情况时的井中安全制动;另一种是提升容器已经接近井口时,提升机出现紧急情况时的井口安全制动。
    井中安全制动:提升机出现紧急情况时,AC接点信号闭合,为满足制动减速度的要求,采用二级制动。这时液压站中电动机1断电,油泵2停止供油,电磁阀由可编程控制器控制,G1、G2、G6、G7断电,B管中的油压降为零,由B管控制的一半制动器施闸,产生制动力矩;而控制A管的电磁阀G3和G4依旧通电,G5通电,这时A管和溢流阀9以及蓄能器13相通,使管路产生和溢流阀9相对应并维持稳定的油压值,由A管控制的另一半制动器也施闸产生相应的制动力矩。两部分制动力矩之和要满足制动减速度的要求,这就是第一级制动。G5、G3、G4经可编程控制器延时一定时间后断电,所有制动器全部施闸,使提升机停车,这是第二级制动。
    井口安全制动:提升机出现紧急情况时,为了防止恶性事故的发生而采用井口安全制动。提升容器到位信号已经闭合,AC接点信号闭合,液压站中电动机1断电,油泵2停止供油,电磁阀由可编程控制器控制,G1、G2、G3、G4、G6、G7断电,A、B管的油压迅速降为0,所有制动器全部施闸,制动住提升机。
    (1)调绳功能:当提升绞车需要调绳时,打到“离开”按钮时,这时电动机、电磁阀G8通电,调整可调闸手柄,使系统压力上升,将离合器打开;打到“调绳”按钮,此时电磁阀G2、G6、G7通电,调整可调闸手柄,系统压力上升,固定卷筒的闸打开,可动车进行调绳;调绳完毕,打到“合上”按钮,此时电磁阀G9通电,其余电磁阀断电,离合器复位合上。
    (2)电磁阀检测信号:液压站中每个电磁阀都有一个阀芯检测传感器,当电磁阀正常工作,而阀芯没有到位或被卡,检测传感器会发出故障信号,并通过可编程控制器报警并在液晶屏上显示发生故障的电磁阀。以便对其进行维修。
    (3)过压报警:当液压系统出现故障,压力超出系统设定值时,过压电接点压力表接点闭合,产生报警信号,对液压系统及制动装置起到保护,以便于维修。
    (4)压差报警信号:当滤油器出现阻塞时会出现进出口压力差,此时滤油器上的压差开关动作,在液晶屏上产生故障报警信号,以便对其进行维修。
    (5)温度报警信号:当油箱7中的液压油温度过高,温度报警信号闭合,并通过PLC及液晶屏报警或显示故障模式。

    2 电控系统装置组成
    整个装置由供电单元、检测单元、控制单元、输出单元和执行单元等组成。
    (1)供电单元。交流220 V工作电源取自提升机交流220 V控制电源,作为电磁阀、指示灯、PLC的工作电源;电液比例阀控制板的24 V电源取自单独的交流220 V+24 V直流电源;其他的24 V直流电源取自PLC自带的24 V电源;交流380 V油泵电机工作电源取自提升机供电系统的动力电源。同时电控柜内部自带备用交流220 V应急电源,紧急停电后可给电控柜供电,正常工作时处于储电池充电状态。
    (2)检测单元。安全制动信号接点、减速点信号接点、开车信号及停车信号接点取自提升机电控回路,为无电压常开接点。过压保护接点取自过压检测电接点压力表;滤油器压差信号接点取自滤油器压差检测装置,两路信号并联;油温过高接点取自油箱油温检测装置;电磁阀故障信号接点取自电磁阀阀芯动作位置传感器。
    (3)控制单元。由PLC可编程控制器及其扩展单元组成,完成所有信号检测、逻辑控制等,控制输出单元及执行单元的动作。电液比例阀由电液比例板控制调节,不参与PLC控制。
    (4)输出单元。由输出继电器、中间继电器、指示灯等组成。
    (5)执行单元。由油泵电机、电磁阀等组成,根据PLC的输出指令,完成相应动作。

    3 注意事项
    (1)电控柜开始投入运行之前,应着重检查以下方面:KT信号的极性,保证接线正确;转换电路开关的位置,保证方向一致;在确保电控箱外部连线无误后,可将电控箱投入使用。
    (2)当PLC监视到故障信号时,将自动给出声光报警,电铃动作3 s后自动停止,欲消除故障显示,可按一下复检按钮。
    (3)PLC正常工作时,PWR、RUN指示灯应同时亮,ERR、BAT指示灯不亮,如不符合此种状态,都应视为故障。

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