專(zhuān)利名稱(chēng)：用于礦井提升機(jī)的數(shù)字化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光電一體化的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程綜合自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)超過(guò)70%的礦井提升機(jī)采用以tkd-a為代表的傳統(tǒng)交流提升機(jī)電控系統(tǒng)。tkd 控制系統(tǒng)是由繼電器邏輯電路、空氣接觸器、測(cè)速發(fā)電機(jī)等組成的有觸點(diǎn)控制系統(tǒng)；速度調(diào)整控制采用電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的“串級(jí)調(diào)速”方式。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，tkd-a系列提升機(jī)電控系統(tǒng)雖然已經(jīng)形成了自己的特點(diǎn)，然而其不足之處也顯而易見(jiàn)，它的電氣線(xiàn)路過(guò)于復(fù)雜化， 系統(tǒng)中間繼電器、電氣接點(diǎn)、電氣聯(lián)線(xiàn)多，造成提升機(jī)因電氣故障停車(chē)事故不斷發(fā)生。同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的“串級(jí)調(diào)速”方式，其調(diào)速性能差，且大量電能消耗在電阻上。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、可有效的提升工作效率，保障運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)節(jié)能降耗效果顯著的用于礦井提升機(jī)的數(shù)字化控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。用于礦井提升機(jī)的數(shù)字化控制系統(tǒng)，包括通過(guò)以太網(wǎng)和CANopen總線(xiàn)、Modbus總線(xiàn)技術(shù)連接的可編程控制器PLC，與可編程控制器PLC連接的變頻器、觸摸屏、運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置、視頻圖像攝取裝置、操作控制臺(tái)、制動(dòng)液壓站，變頻器還連接有能量處理單元和提升交流電動(dòng)機(jī)，提升交流電動(dòng)機(jī)同時(shí)與運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置連接，運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置與提升絞車(chē)裝置連接， 提升絞車(chē)裝置連接制動(dòng)液壓站，操作控制臺(tái)同時(shí)與觸摸屏和視頻圖像攝取裝置連接；變頻器和能量處理單元的回饋單元均與電網(wǎng)相連。本實(shí)用新型所述變頻器為ATV71變頻器。所述可編程控制器PLC為M340可編程控制器。所述觸摸屏為XBTGT-5330觸摸屏。所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置為E6B2-CWZ5B旋轉(zhuǎn)編碼器。 在操作控制臺(tái)上設(shè)置有緊急按鈕、電源主開(kāi)關(guān)合間按鈕、電源主開(kāi)關(guān)分間按鈕、運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、提升類(lèi)型轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、速度輔助給定手柄、制動(dòng)手柄、液壓站制動(dòng)泵啟動(dòng)按鈕、液壓站制動(dòng)泵停止按鈕、下放目標(biāo)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、提升目標(biāo)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。本實(shí)用新型至少具有以下技術(shù)效果1、系統(tǒng)以現(xiàn)代控制技術(shù)和通訊技術(shù)為基礎(chǔ)；從監(jiān)控到設(shè)備數(shù)據(jù)的獲取，能夠真正實(shí)現(xiàn)所有電氣自動(dòng)化產(chǎn)品間的協(xié)同工作。通過(guò)以太網(wǎng)和CANopen總線(xiàn)、Modbus總線(xiàn)技術(shù)，PLC與變頻器和觸摸屏，PLC與運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置產(chǎn)品，觸摸屏與視頻圖像攝取裝置，Vijeo Citect配置和管理軟件；通過(guò)軟件編程、動(dòng)態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)、組態(tài)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便的整合與數(shù)字和畫(huà)面的傳輸。2、系統(tǒng)選用適宜于提升機(jī)的變頻器，把頻率固定的電網(wǎng)交流電變換為頻率可調(diào)的交流電供給交流電動(dòng)機(jī)，通過(guò)改變交流電動(dòng)機(jī)定子供電頻率，實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)大范圍的無(wú)級(jí)平滑調(diào)速。在運(yùn)行過(guò)程中能隨時(shí)根據(jù)負(fù)載情況和提升要求，始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，滿(mǎn)足提升機(jī)特殊工作環(huán)境的要求。通過(guò)PLC控制變頻器的輸出頻率大小。PLC選用能夠適應(yīng)最嚴(yán)峻的工業(yè)環(huán)境的穩(wěn)定可靠且高性能的PLC，接收現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)命令和反饋信號(hào)，如來(lái)自旋轉(zhuǎn)編碼器的運(yùn)動(dòng)脈沖信號(hào)、光電開(kāi)關(guān)和限位開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)、控制臺(tái)速度手柄和制動(dòng)手柄的給定信號(hào)等。通過(guò)軟件編程對(duì)提升過(guò)程進(jìn)行控制、保護(hù)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控。并與變頻器和觸摸屏及其上位機(jī)進(jìn)行數(shù)字傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升速度、位置等的精確控制。觸摸屏可動(dòng)漫顯示提升機(jī)的運(yùn)行軌跡，數(shù)字顯示速度、位置、距離等，接受視頻圖像信號(hào)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換顯示特殊位置的視頻圖像；整個(gè)系統(tǒng)的操作控制、PLC、觸摸屏、按鈕、指示燈均設(shè)置于操作控制臺(tái)上，兩把操作手柄分別用于速度輔助給定及制動(dòng)力給定，通過(guò)操作控制臺(tái)可以設(shè)定系統(tǒng)的工作方式和控制方式，可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命令。通過(guò)PLC以實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)啟動(dòng)、加速、平穩(wěn)運(yùn)行、減速、 停車(chē)以及緊急制動(dòng)等各種控制功能；運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置包括有旋轉(zhuǎn)編碼器，光電開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)等，旋轉(zhuǎn)編碼器將運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速率通過(guò)脈沖信號(hào)傳輸給PLC，通過(guò)軟件編程計(jì)算運(yùn)動(dòng)件的速度、位置、距離等，并在觸摸屏上顯示運(yùn)行軌跡。實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)件的控制；視頻圖像通過(guò)攝像頭將視頻信號(hào)傳輸給硬盤(pán)錄像機(jī)，再行傳輸給觸摸屏，并通過(guò)PLC的控制，對(duì)觸摸屏上的視頻圖像實(shí)現(xiàn)單畫(huà)面或多畫(huà)面顯示；能量處理單元與變頻器相連，同時(shí)能量處理單元的回饋單元和電網(wǎng)相連，將提升機(jī)減速過(guò)程所產(chǎn)生的能量和下放過(guò)程所產(chǎn)生的能量進(jìn)行消耗或回饋電網(wǎng)。3、系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)載人、載物、檢修等多類(lèi)型、多段速和不同加減速，“S”型曲線(xiàn)運(yùn)行控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，低速時(shí)也能保證較硬的機(jī)械特性，實(shí)現(xiàn)加減速平滑快捷，停車(chē)準(zhǔn)確穩(wěn)定， 有效的提升工作效率，保障運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。4、系統(tǒng)通過(guò)直接檢測(cè)電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)控制報(bào)閘打開(kāi)時(shí)間，同時(shí)還具有零速負(fù)載保持功能；合理的報(bào)閘打開(kāi)、關(guān)閉的時(shí)序控制，確保系統(tǒng)安全，做到不溜車(chē)，不沖擊。采用變頻器和PLC技術(shù)的本實(shí)用新型應(yīng)用于礦井提升，可有效的提升工作效率， 保障運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)節(jié)能降耗效果顯著。下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型的內(nèi)容。

圖1是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)圖；圖2是本實(shí)用新型控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D；圖3是控制臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型程序控制流程圖； 圖5是本實(shí)用新型運(yùn)行時(shí)的“S”型曲線(xiàn)運(yùn)行控制流程圖。圖中，1-變頻器；2-可編程控制器PLC ；3-觸摸屏；4_運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置；5_視頻圖像攝取裝置；6-操作控制臺(tái)；7-能量處理單元；8-提升交流電動(dòng)機(jī)；9-制動(dòng)液壓站；10-提升絞車(chē)裝置；η-電源開(kāi)關(guān)；①_緊急按鈕；③-電源主開(kāi)關(guān)合閘按鈕；③-電源主開(kāi)關(guān)分閘按鈕； -運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；⑤_提升類(lèi)型轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)； -速度輔助給定手柄；⑦_(dá)制動(dòng)手柄；⑧_液壓站制動(dòng)泵啟動(dòng)按鈕；③-液壓站制動(dòng)泵停止按鈕；⑩_下放目標(biāo)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)； _提升目標(biāo)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。
具體實(shí)施方式
如 圖所示，本實(shí)用新型包括通過(guò)以太網(wǎng)和CANopen總線(xiàn)、Modbus總線(xiàn)技術(shù)可編程控制器PLC2，與可編程控制器PLC連接的變頻器1、觸摸屏3、運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置4、視頻圖像攝取裝置5、操作控制臺(tái)6、制動(dòng)液壓站9，變頻器1還連接有能量處理單元7和提升交流電動(dòng)機(jī)8，提升交流電動(dòng)機(jī)8同時(shí)與運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置4連接，運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置4與提升絞車(chē)裝置10連接，提升絞車(chē)裝置10連接制動(dòng)液壓站9，同時(shí)觸摸屏3和可編程控制器PLC2配置于操作控制臺(tái)6上；變頻器1和能量處理單元7的回饋單元均與電網(wǎng)相連。所述變頻器1為ATV71 變頻器。所述可編程控制器PLC為M340可編程控制器。所述觸摸屏3為XBTGT-5330觸摸屏。所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置4為E6B2-CWZ5B旋轉(zhuǎn)編碼器等。本實(shí)用新型所用的變頻器1、可編程控制器PLC2、觸摸屏3、運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置4、視頻圖像攝取裝置5、能量處理單元7、提升交流電動(dòng)機(jī)8、制動(dòng)液壓站9、提升絞車(chē)裝置10、電源開(kāi)關(guān)11均采用現(xiàn)有技術(shù)器件。能量處理單元7包括能量回饋單元或能量制動(dòng)單元。在操作控制臺(tái)(6)上設(shè)置有緊急按鈕①、電源主開(kāi)關(guān)合閘按鈕③、電源主開(kāi)關(guān)分閘按鈕11|、運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)④、提升類(lèi)型轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)⑤、速度輔助給定手柄⑥、制動(dòng)手柄⑦、液壓站制動(dòng)泵啟動(dòng)按鈕⑧、液壓站制動(dòng)泵停止按鈕③、下放目標(biāo)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)⑩、提升目標(biāo)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。變頻器把頻率固定的電網(wǎng)交流電變換為頻率可調(diào)的交流電供給交流電動(dòng)機(jī)，通過(guò)改變交流電動(dòng)機(jī)定子供電頻率，實(shí)現(xiàn)提升電動(dòng)機(jī)大范圍的無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，在運(yùn)行過(guò)程中能隨時(shí)根據(jù)負(fù)載情況和提升要求，始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，滿(mǎn)足提升機(jī)特殊工作環(huán)境的要求?？删幊炭刂破鱌LC 接收現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)命令和控制信號(hào)，通過(guò)軟件編程對(duì)提升過(guò)程進(jìn)行控制、保護(hù)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控等，并進(jìn)行數(shù)字傳輸；通過(guò)來(lái)自旋轉(zhuǎn)編碼器、光電開(kāi)關(guān)等的反饋信號(hào)，對(duì)速度、位置等實(shí)現(xiàn)精確的控制。觸摸屏動(dòng)漫顯示提升機(jī)的運(yùn)行軌跡，數(shù)字顯示速度、位置、距離等；接受視頻圖像信號(hào)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換顯示特殊位置的視頻圖像。運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置其旋轉(zhuǎn)編碼器將運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速率通過(guò)脈沖信號(hào)傳輸給PLC，光電開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)等將各項(xiàng)信號(hào)傳輸給PLC。視頻圖像攝取裝置通過(guò)攝像頭將視頻信號(hào)傳輸給硬盤(pán)錄像機(jī)，再行傳輸給觸摸屏，并通過(guò)PLC的控制，對(duì)觸摸屏上的視頻圖像實(shí)現(xiàn)單畫(huà)面或多畫(huà)面顯示。操作控制臺(tái)系統(tǒng)的操作控制均設(shè)置于操作控制臺(tái)，通過(guò)它可以設(shè)定系統(tǒng)的工作方式和控制方式，可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命令。同時(shí)，操作控制臺(tái)設(shè)置兩個(gè)手柄，分別用于速度輔助給定及制動(dòng)力給定。通過(guò)操作控制以實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)啟動(dòng)、加速、平穩(wěn)運(yùn)行、減速、 停車(chē)以及緊急制動(dòng)等各種控制功能。能量處理單元將減速過(guò)程所產(chǎn)生的能量和下放過(guò)程所產(chǎn)生的能量進(jìn)行消耗或回饋電網(wǎng)。本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下1、系統(tǒng)送電按下電源主開(kāi)關(guān)合閘按鈕②，系統(tǒng)得電，PLC如圖4所示自檢和檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)命令和反饋信號(hào)，如來(lái)自旋轉(zhuǎn)編碼器的運(yùn)動(dòng)脈沖信號(hào)、光電開(kāi)關(guān)和限位開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)、控制臺(tái)速度手柄和制動(dòng)手柄的位置與給定信號(hào)等。[0030]2、當(dāng)司機(jī)接收到開(kāi)車(chē)信號(hào)時(shí)，選擇運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)④，以確定是采用手動(dòng)還是自動(dòng)方式；提升類(lèi)型轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)⑤，確定是載物還是載人或是檢修方式；目標(biāo)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)⑩或 ；按下液壓站制動(dòng)泵啟動(dòng)按鈕③，啟動(dòng)液壓站9制動(dòng)泵工作，松開(kāi)制動(dòng)力給定手柄⑦，同時(shí)速度輔助給定手柄1推向前(下放)或拉向后(提升)，提升機(jī)開(kāi)始運(yùn)行；此時(shí)，變頻器1根據(jù)可編程控制器PLC給出的變化的模擬量數(shù)值輸出變化的頻率給提升交流電動(dòng)機(jī)8，提升交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)提升絞車(chē)裝置10按給定的速度運(yùn)行；速度按“S”型曲線(xiàn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)啟動(dòng)、加速、平穩(wěn)運(yùn)行、減速、停車(chē)，如圖5所示。3、運(yùn)行中的速度、距離、位置通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器等運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置4反饋給PLC，PLC按設(shè)定的控制程序進(jìn)行計(jì)算，并接收實(shí)時(shí)的操作控制命令，進(jìn)行輸出控制變頻器1、液壓站9、 電源開(kāi)關(guān)11。通過(guò)與觸摸屏3的通信連接，在觸摸屏上顯示速度、距離、位置和運(yùn)行軌跡，同時(shí)，觸摸屏接收視頻圖像攝取裝置5攝取的現(xiàn)場(chǎng)視頻攝像并由PLC控制位置圖像在觸摸屏上顯不。4、下放過(guò)程中和提升減速過(guò)程中產(chǎn)生的能量通過(guò)能量處理單元7回饋電網(wǎng)(能量回饋單元)或消耗(能量制動(dòng)單元)。
權(quán)利要求1.用于礦井提升機(jī)的數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，包括通過(guò)以太網(wǎng)和CANopen總線(xiàn)、 Modbus總線(xiàn)技術(shù)連接的可編程控制器PLC (2)，與可編程控制器PLC連接的變頻器(1)、觸摸屏(3)、運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置(4)、視頻圖像攝取裝置(5)、操作控制臺(tái)(6)、制動(dòng)液壓站(9)，變頻器(1)還連接有能量處理單元(7 )和提升交流電動(dòng)機(jī)(8 )，提升交流電動(dòng)機(jī)(8 )同時(shí)與運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置(4)連接，運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置(4)與提升絞車(chē)裝置(10)連接，提升絞車(chē)裝置(10)連接制動(dòng)液壓站(9)，同時(shí)觸摸屏(3)和可編程控制器PLC (2)配置于操作控制臺(tái)(6)上；變頻器(1)和能量處理單元的回饋單元(7)均與電網(wǎng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦井提升機(jī)的數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述變頻器(1)為ATV71變頻器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦井提升機(jī)的數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述可編程控制器PLC (2)為M340可編程控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦井提升機(jī)的數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述觸摸屏(3 )為XBTGT-5330觸摸屏。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦井提升機(jī)的數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置(4)為E6B2-CWZ5B控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦井提升機(jī)的數(shù)字化控制系統(tǒng)，其特征在于，在操作控制臺(tái)(6)上設(shè)置有緊急按鈕(①)、電源主開(kāi)關(guān)合閘按鈕(②)、電源主開(kāi)關(guān)分閘按鈕(③)、 運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(④)、提升類(lèi)型轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(⑤)、速度輔助給定手柄(ιΕι)、制動(dòng)手柄(⑦)、 液壓站制動(dòng)泵啟動(dòng)按鈕(1=1 )液壓站制動(dòng)泵停止按鈕(Φ )、下放目標(biāo)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(⑩)、提升目標(biāo)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)()。
專(zhuān)利摘要用于礦井提升機(jī)的數(shù)字化控制系統(tǒng)，包括通過(guò)以太網(wǎng)和CANopen總線(xiàn)、Modbus總線(xiàn)技術(shù)連接的可編程控制器PLC(2)，與可編程控制器PLC連接的變頻器(1)、觸摸屏(3)、運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置(4)、視頻圖像攝取裝置(5)、操作控制臺(tái)(6)、制動(dòng)液壓站(9)，變頻器還連接有能量處理單元(7)和提升交流電動(dòng)機(jī)(8)，提升交流電動(dòng)機(jī)同時(shí)與運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置連接，運(yùn)動(dòng)信號(hào)裝置與提升絞車(chē)裝置(10)連接，提升絞車(chē)裝置連接制動(dòng)液壓站，同時(shí)觸摸屏和可編程控制器PLC配置于操作控制臺(tái)上；變頻器和能量處理單元的回饋單元均與電網(wǎng)相連。本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、可有效的提升工作效率，保障運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，且節(jié)能降耗效果顯著。
文檔編號(hào)B66B1/28GK202138931SQ20112010973
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者何國(guó)標(biāo), 趙立柱 申請(qǐng)人:云南恒旭科技有限公司