一种矿山立井提升机无人值守控制系统及其控制方法
【专利摘要】本发明涉及矿用提升机领域，具体为一种矿山立井提升机无人值守控制系统及其控制方法。包括主机系统、辅机系统、配电系统、传动系统、PLC控制系统、机房监控台、井口控制台、矿井提升机深度指示器装置、系统故障推送系统和工业音、视频监控系统，PLC控制系统分别与主机系统、辅机系统、传动系统、机房监控台和井口控制台连接，主机系统与传动系统通过电缆连接，传动系统与配电系统连接，井口控制台与矿井提升机深度指示器装置连接，机房监控台分别与系统故障推送系统和工业音、视频监控系统连接。本发明实现用户立井提升系统减少人员编制，降低人工成本，同时减少操作人员误操作的可能性。
【专利说明】
一种矿山立井提升机无人值守控制系统及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及矿用提升机领域，具体为一种矿山立井提升机无人值守控制系统及其控制方法。【背景技术】
[0002]提升机在矿山的立井、斜井中广泛应用，主要担负提升矿物、升降人员、物料和设备等，是矿井系统设备的咽喉，提升机控制系统的安全，高效运行至关重要，它的技术性能和可靠性直接影响矿山的安全生产和经济效益。
[0003]2016年10月新版的国家《煤矿安全规程》将发布，安全规程中明确的引入了 “无人值守”的概念(第四百二十八条(一)提升机操作必须遵守下列规定:主要提升机装置应当配有正、副司机。自动化运行的专用于提升物料的箕斗提升机，可不配备司机值守，但应当设图像监视并定时巡检。(二)升降人员的主要提升装置在交接班升降人员的时间内，必须正司机操作，副司机监护)。
[0004]提升机控制系统现状:1、随着矿用机电设备自动化技术的发展，虽然实现了自动化控制，但是人为参与控制较多(原系统提升机运行指令由机房操作台手动发出，见图1)，对提升机的安全性、稳定性、 经济性都有一定影响。
[0005]2、控制系统出现故障需要操作人员电话通知维修人员和调度中心报告故障状况， 调度中心难以及时准确了解故障情况，导致决策延时或不够合理，可能给企业带来损失。
[0006]3、提升机系统做不到提前预警，减少安全隐患。
[0007]4、对机械设备主要部位检测手段不够，留有许多检测盲点，不能对机械设备进行有效保护。[〇〇〇8] 5、部分安全检测为机械检测，检测精度低，串口通讯方式，抗干扰能力差，通讯不可靠。
【发明内容】
[0009]本发明为了解决【背景技术】存在的问题，提供一种矿山立井提升机无人值守控制系统及其控制方法。
[0010]本发明采取以下技术方案:一种矿山立井提升机无人值守控制系统，包括主机系统、辅机系统、配电系统、传动系统、P L C控制系统、机房监控台、井口控制台、矿井提升机深度指示器装置、系统故障推送系统和工业音、视频监控系统，PLC控制系统分别与主机系统、 辅机系统、传动系统、机房监控台和井口控制台连接，主机系统与传动系统通过电缆连接， 传动系统与配电系统连接，井口控制台与矿井提升机深度指示器装置连接，机房监控台分别与系统故障推送系统和工业音、视频监控系统连接。
[0011]配电系统:对主机系统供电、辅机系统和PLC控制系统电源供电。
[0012]PLC控制系统:PLC控制系统包括主控PLC1和监控PLC2，PLC1与PLC2之间相互通讯及监视。
[0013]机房监控台:机房监控台内设置远程PLC3控制子站、工业交换机和上位机，远程 PLC3控制子站与主控PLC1进行网络通讯，远程PLC3控制子站与工业交换机连接，工业交换机与上位机连接。
[0014]井口控制台:井口控制台内设置远程PLC4控制子站和触摸屏，PLC4控制子站与主控PLC1进行网络通讯。
[0015]矿井提升机深度指示器装置:矿井提升机深度指示器装置安装在井口位置，包括提升信号系统、深度指示器和设置在井筒内的传感器，均由PLC4控制子站控制、采集信号。
[0016]工业音、视频监控系统:工业音、视频监控系统与机房监控台的工业交换机连接。 [〇〇17]系统故障推送系统:系统故障推送系统包括发射装置和手机接收装置，发射装置与机房监控台的工业交换机连接，手机接收装置接收发射装置发射的信号。
[0018]所述的配电系统选用双电源自动切换装置。实现用户正常电源与备用电源的自动切换和远程控制。
[0019]所述的主机系统设有振动传感器和温度传感器。对机械设备的有效保护。[0〇2〇 ] PLC控制系统分别与机房监控台和井口控制台之间采用Pro f i n e t总线，机房监控台分别与工业音、视频监控系统和系统故障推送系统之间采用Profinet总线，井口控制台分别与提升信号系统、深度指示器和传感器之间采用Profinet总线。[0021 ]用于上述无人值守控制系统的控制方法，该控制方法具体可按照如下流程执行: 控制步骤如下:(1)通过井口控制台远程，控制指令由PLC4控制子站接收，通过Prof inte总线通讯传到 PLC控制系统的主控PLC1处理并确认，启动提升机辅助设备。[〇〇22] (2)PLC控制系统安全回路和闭锁回路除打点信号均已准备好，通过井口控制台选择自动或半自动运行方式(机房监控台手动或检修运行方式应选择在“〇”位，井口控制台选择自动或半自动运行方式后机房监控台选择手动或检修方式无效)，而且主控PLC1检测到提升机停车到位正常，在施闸状态。[〇〇23] (3)井口提升信号系统发打点信号，由井口控制台PLC4接收，通过Profinte总线通讯传到控制系统PLC1处理并确认提升种类、去向，PLC控制系统自动发出开车信号指令，或人工操作井口控制台提升按钮，主控PLC1自动设置终点位置，并发出工作闸开闸指令。 [〇〇24] (4)自动根据提升力矩计算至完全释放，同时激活控制系统PLC1闭环控制功能，提升机开始运行，在运行过程中主控PLC1通过采集主机传感器进行深度、速度、振动频率、温度计算分析，同时通过井口控制台PLC4采集深度指示器(能直观的给操作者显示提升机运行位置)传感器和井筒传感器信号(通过Profinte总线通讯传到控制系统PLC1处理并确认)，对提升机的运行起到应有的安全保护。
[0025] (5)在到达预设终点发出施闸指令，闭环控制使能停止工作，提升机自动准确停车。[〇〇26] (6)系统集成工业音、视频监控系统和系统故障信息推送系统，用户调度中心可与该系统联网，实现远程对提升机的监视功能，主控PLC1预警和故障信息通过Profinte总线通讯传送到推送系统，并能第一时间通过推送系统将预警和故障信息发送到相关人员手机 (安装专用APP软件冲，使相关人员能准确判断提升机故障，及时排除。
[0027] 检修步骤如下:(1)提升系统需手动开车或检修，通过操作工操作机房监控台选择手动或检修运行方式(井口控制台选择自动或半自动运行方式应选择在“〇”位，机房监控台选择手动或检修运行方式后井口控制台选择自动或半自动方式无效)，控制系统安全回路和闭锁回路除打点信号均已准备好，通过机房监控台启动，控制指令由PLC3接收，通过Profinte总线通讯传到控制系统PLC1处理并确认，提升机辅助设备，而且控制系统检测到提升机在施闸状态。 [〇〇28](2)井口提升信号系统发打点信号和开车信号指令，由井口控制台PLC4接收，通过Prof inte总线通讯传到主控PLC1处理并确认提升种类、去向。[〇〇29](3)人工操作机房监控台闸、速度主令控制手柄。[〇〇3〇] (4)主控PLC1接收到工作闸开闸指令，系统自动根据提升力矩计算至完全释放，同时激活控制系统闭环控制功能，提升机开始运行(通过调节速度主令控制手柄角度实现连续可调速度)，在运行过程中控制系统PLC1通过采集主机传感器进行深度、速度、振动频率、 温度计算分析，同时通过井口控制台PLC4采集深度指示器传感器和井筒传感器信号，通过 Profinte总线通讯传到控制系统PLC1处理并确认，对提升机的运行起到应有的安全保护。 [0031 ](5)到达预设终点，由人工手动操作机房监控台闸、速度主令回零位停车；(6)信号系统发出停车信号由监控台PLC3接收，通过Profinte总线通讯传到控制系统 PLC1处理并确认，信号系统发出施闸指令，由井口控制台PLC4接收，通过Prof inte总线通讯传到控制系统PLC1处理并确认，闭环控制使能停止工作，提升机自动停车。
[0032]与现有技术相比，本发明实现用户立井提升系统减少人员编制，降低人工成本，同时减少操作人员(将人工操作改为由计算机依据预设的提升速度图、力图实现自动控制)误操作的可能性，提升机无人值守控制系统在自动模式下，电控系统整合所有外围信息，当收到信号系统开车信号时，在满足开车条件的情况下，系统根据提升力矩自动开闸，自动生成 S形曲线进行速度给定，并进行速度、深度计算，减速点后同步校正，准确停车；电控系统在运行中诊断和分析运行过程中存在的报警、故障信息，并能及时将控制系统预警、故障信息通过故障信息推送系统第一时间反馈给相关人员；控制系统还集成了工业音、视频监控系统，它们能直观有效地提前发现问题，对系统运行故障有一定的预警能力，用户相关人员也能第一时间掌握故障信息，做准确判断和决策;整个控制系统采用西门子PR0FINET进行组网，通讯介质采用光纤，从而提高了提升系统可靠性。【附图说明】[〇〇33]图1为本发明系统结构图；图2为PLC控制系统工艺流程图；图3为本发明控制法方流程图；图中1-主机系统，2-辅机系统，3-配电系统，4-传动系统，5- PLC控制系统，5.1-PLC1， 5.2-PLC2，6-工业音、视频监控系统，7-系统故障推送系统，7.1-发送装置，7.2-手机接收装置，8-机房监控台，8.1-PLC3，8.2-上位机，8.3-工业交换机，9-井口控制台，9.1-PLC4，9.2-触摸屏，10-提升信号系统，11-深度指示器，12-传感器，a-传动至主机电机动力电缆，b-主机传感器信号采集电缆，c-辅机系统传感器信号采集、阀件控制电缆，d-深度指示器控制、 传感器采集电缆，e_井筒传感器信号采集电缆，f_提升信号系统打点信号采集电缆，g_控制系统Prof inet总线，h-辅机系统动力回路，1-控制系统控制传动系统电缆。【具体实施方式】
[0034]如图1所示，一种矿山立井提升机无人值守控制系统，包括主机系统、辅机系统、配电系统、传动系统、PLC控制系统、机房监控台、井口控制台、矿井提升机深度指示器装置、系统故障推送系统和工业音、视频监控系统，PLC控制系统分别与主机系统、辅机系统、传动系统、机房监控台和井口控制台连接，主机系统与传动系统通过电缆连接，传动系统与配电系统连接，井口控制台与矿井提升机深度指示器装置连接，机房监控台分别与系统故障推送系统和工业音、视频监控系统连接。[〇〇35]配电系统:对主机系统供电、辅机系统和PLC控制系统电源供电。
[0036]传动系统:采用满足提升机四象限运行和过载倍数的调速装置(调速装置的过载能力应大于电动机的过载能力)，带零速悬停功能，具备与控制系统PLC通讯功能。[〇〇37] PLC控制系统:PLC控制系统包括主控PLC15.1和监控PLC25.2，PLC15.1与PLC25.2 之间相互通讯及监视。选用Siemens公司为S7系列产品，PLC1与PLC2之间相互通讯及监视， 监控PLC2有独立的安全保护环节。
[0038]主控PLC1能完成提升机手动、自动、半自动、检修、应急、急停各种运行方式的控制要求，各种操作控制方式均与提升信号闭锁。[〇〇39] 机房监控台:机房监控台内设置远程PLC38.1控制子站、工业交换机8.3和上位机 8.2，远程PLC38.1控制子站与主控PLC15.1进行网络通讯，远程PLC38.1控制子站与工业交换机8.3连接，工业交换机8.3与上位机8.2连接。
[0040]机房监控台上装有选择开关、主令、按钮、急停按钮、音响设备，能实现提升机辅机控制，手动、检修、应急方式控制指令的发送。
[0041]机房监控台内集成上位监控系统:具有与PLC1通讯及矿井管理系统联网的功能。 实现安全故障及事件的实时打印。[〇〇42] 监控软件实现:提升系统动静态画面(如提升过程动态，显示速度动态曲线(给定与实际)，电机电流动态曲线，提升容器位置动态显示、可调闸电流(电压)、制动油压的动态显示等)。[〇〇43]具有对提升机系统发生的轻、重故障进行诊断和保存;能显示故障发生时的位置、 时间、原因，对深度、速度实时值、提升种类、信号情况进行实时显示并记录功能。
[0044]各类报表生成、历史记录。
[0045]能实现系统PLC I/0、AI/A0点的状态或值的查阅。
[0046]能实现故障点的诊断信息原因和排除办法。[〇〇47] 井口控制台:井口控制台内设置远程PLC49.1控制子站和触摸屏9.2，PLC49.1控制子站与主控PLC1进行网络通讯。各种信号线通过通讯电缆完成，实现网络化控制。井口控制台上装有指示灯、仪表、按钮、急停按钮、音响设备、数字显示屏或触摸屏等，能实现提升机运行的自动、半自动控制工艺的要求。[〇〇48]井口控制台内集成触摸屏监控系统:主要显示的内容:罐笼位置、速度、电机电流、 制动油压、可调闸电流、提升机运行状态、故障状态等。系统预留提升信号、操车系统接口。
[0049]矿井提升机深度指示器装置:矿井提升机深度指示器装置安装在井口位置，包括提升信号系统10、深度指示器11和设置在井筒内的传感器12,均由PLC4控制子站控制、采集信号。
[0050]工业音、视频监控系统:工业音、视频监控系统与机房监控台的工业交换机连接。
[0051]系统故障推送系统:系统故障推送系统包括发射装置7.1和手机接收装置7.2，发射装置与机房监控台的工业交换机连接，手机接收装置接收发射装置发射的信号。[〇〇52]所述的配电系统选用双电源自动切换装置。实现用户正常电源与备用电源的自动切换和远程控制。[〇〇53]所述的主机系统设有振动传感器和温度传感器。对机械设备的有效保护。[0〇54] PLC控制系统分别与机房监控台和井口控制台之间采用Prof inet总线，机房监控台分别与工业音、视频监控系统和系统故障推送系统之间采用Profinet总线，井口控制台分别与提升信号系统、深度指示器和传感器之间采用Profinet总线。
[0055]如图3所示，用于上述无人值守控制系统的控制方法，该控制方法具体可按照如下流程执行:控制步骤如下:(1)通过井口控制台远程，控制指令由PLC4控制子站接收，通过Prof inte总线通讯传到 PLC控制系统的主控PLC1处理并确认，启动提升机辅助设备。[〇〇56] (2)PLC控制系统安全回路和闭锁回路除打点信号均已准备好，通过井口控制台选择自动或半自动运行方式(机房监控台手动或检修运行方式应选择在“〇”位，井口控制台选择自动或半自动运行方式后机房监控台选择手动或检修方式无效)，而且主控PLC1检测到提升机停车到位正常，在施闸状态。[〇〇57](3)井口提升信号系统发打点信号，由井口控制台PLC4接收，通过Profinte总线通讯传到控制系统PLC1处理并确认提升种类、去向，PLC控制系统自动发出开车信号指令，或人工操作井口控制台提升按钮，主控PLC1自动设置终点位置，并发出工作闸开闸指令。 [〇〇58](4)自动根据提升力矩计算至完全释放，同时激活控制系统PLC1闭环控制功能，提升机开始运行，在运行过程中主控PLC1通过采集主机传感器进行深度、速度、振动频率、温度计算分析，同时通过井口控制台PLC4采集深度指示器(能直观的给操作者显示提升机运行位置)传感器和井筒传感器信号(通过Profinte总线通讯传到控制系统PLC1处理并确认)，对提升机的运行起到应有的安全保护。
[0059](5)在到达预设终点发出施闸指令，闭环控制使能停止工作，提升机自动准确停车。
[0060](6)系统集成工业音、视频监控系统和系统故障信息推送系统，用户调度中心可与该系统联网，实现远程对提升机的监视功能，主控PLC1预警和故障信息通过Profinte总线通讯传送到推送系统，并能第一时间通过推送系统将预警和故障信息发送到相关人员手机 (安装专用APP软件冲，使相关人员能准确判断提升机故障，及时排除。[〇〇61 ] 检修步骤如下:(1)提升系统需手动开车或检修，通过操作工操作机房监控台选择手动或检修运行方式(井口控制台选择自动或半自动运行方式应选择在“〇”位，机房监控台选择手动或检修运行方式后井口控制台选择自动或半自动方式无效)，控制系统安全回路和闭锁回路除打点信号均已准备好，通过机房监控台启动，控制指令由PLC3接收，通过Profinte总线通讯传到控制系统PLC1处理并确认，提升机辅助设备，而且控制系统检测到提升机在施闸状态。 [〇〇62](2)井口提升信号系统发打点信号和开车信号指令，由井口控制台PLC4接收，通过Prof inte总线通讯传到主控PLC1处理并确认提升种类、去向。[〇〇63](3)人工操作机房监控台闸、速度主令控制手柄。[〇〇64](4)主控PLC1接收到工作闸开闸指令，系统自动根据提升力矩计算至完全释放，同时激活控制系统闭环控制功能，提升机开始运行(通过调节速度主令控制手柄角度实现连续可调速度)，在运行过程中控制系统PLC1通过采集主机传感器进行深度、速度、振动频率、 温度计算分析，同时通过井口控制台PLC4采集深度指示器传感器和井筒传感器信号，通过 Profinte总线通讯传到控制系统PLC1处理并确认，对提升机的运行起到应有的安全保护。
[0065](5)到达预设终点，由人工手动操作机房监控台闸、速度主令回零位停车。[〇〇66](6)信号系统发出停车信号由监控台PLC3接收，通过Prof inte总线通讯传到控制系统PLC1处理并确认，信号系统发出施闸指令，由井口控制台PLC4接收，通过Prof inte总线通讯传到控制系统PLC1处理并确认，闭环控制使能停止工作，提升机自动停车。
【主权项】
1.一种矿山立井提升机无人值守控制系统，其特征在于:包括主机系统、辅机系统、配 电系统、传动系统、PLC控制系统、机房监控台、井口控制台、矿井提升机深度指示器装置、系 统故障推送系统和工业音、视频监控系统，PLC控制系统分别与主机系统、辅机系统、传动系 统、机房监控台和井口控制台连接，主机系统与传动系统通过电缆连接，传动系统与配电系 统连接，井口控制台与矿井提升机深度指示器装置连接，机房监控台分别与系统故障推送 系统和工业音、视频监控系统连接。2.根据权利要求1所述的矿山立井提升机无人值守控制系统，其特征在于:配电系统:对主机系统供电、辅机系统和PLC控制系统电源供电；PLC控制系统:PLC控制系统包括主控PLC1和监控PLC2，PLC1与PLC2之间相互通讯及监 视；机房监控台:机房监控台内设置远程PLC3控制子站、工业交换机和上位机，远程PLC3控 制子站与主控PLC1进行网络通讯，远程PLC3控制子站与工业交换机连接，工业交换机与上 位机连接；井口控制台:井口控制台内设置远程PLC4控制子站和触摸屏，PLC4控制子站与主控 PLC1进行网络通讯；矿井提升机深度指示器装置:矿井提升机深度指示器装置安装在井口位置，包括提升 信号系统、深度指示器和设置在井筒内的传感器，均由PLC4控制子站控制、采集信号；工业音、视频监控系统:工业音、视频监控系统与机房监控台的工业交换机连接；系统故障推送系统:系统故障推送系统包括发射装置和手机接收装置，发射装置与机 房监控台的工业交换机连接，手机接收装置接收发射装置发射的信号。3.根据权利要求2所述的矿山立井提升机无人值守控制系统，其特征在于:所述的配电 系统选用双电源自动切换装置。4.根据权利要求3所述的矿山立井提升机无人值守控制系统，其特征在于:所述的主机 系统设有振动传感器和温度传感器。5.根据权利要求4所述的矿山立井提升机无人值守控制系统，其特征在于:PLC控制系 统分别与机房监控台和井口控制台之间采用Profinet总线，机房监控台分别与工业音、视 频监控系统和系统故障推送系统之间采用Profinet总线，井口控制台分别与提升信号系 统、深度指示器和传感器之间采用Profinet总线。6.—种如权利要求5所述的矿山立井提升机无人值守控制系统的控制方法:其特征在 于:控制步骤如下:(1)通过井口控制台远程，控制指令由PLC4控制子站接收，通过Prof inte总线通讯传到 PLC控制系统的主控PLC1处理并确认，启动提升机辅助设备；(2)PLC控制系统安全回路和闭锁回路除打点信号均已准备好，通过井口控制台选择自 动或半自动运行方式，而且主控PLC1检测到提升机停车到位正常，在施闸状态；(3)井口提升信号系统发打点信号，由井口控制台PLC4接收，通过Prof inte总线通讯传 到控制系统PLC1处理并确认提升种类、去向，PLC控制系统自动发出开车信号指令，或人工 操作井口控制台提升按钮，主控PLC1自动设置终点位置，并发出工作闸开闸指令；(4)自动根据提升力矩计算至完全释放，同时激活控制系统PLC1闭环控制功能，提升机开始运行，在运行过程中主控PLC1通过采集主机传感器进行深度、速度、振动频率、温度计 算分析，同时通过井口控制台PLC4采集深度指示器传感器和井筒传感器信号，通过 Profinte总线通讯传到控制系统PLC1处理并确认，对提升机的运行起到应有的安全保护；(5)在到达预设终点发出施闸指令，闭环控制使能停止工作，提升机自动准确停车；(6)系统集成工业音、视频监控系统和系统故障信息推送系统，用户调度中心可与该系 统联网，实现远程对提升机的监视功能，主控PLC1预警和故障信息通过Prof inte总线通讯 传送到推送系统，并能第一时间通过推送系统将预警和故障信息发送到相关人员手机中， 使相关人员能准确判断提升机故障，及时排除；检修步骤如下:(1)提升系统需手动开车或检修，通过操作工操作机房监控台选择手动或检修运行方 式，控制系统安全回路和闭锁回路除打点信号均已准备好，通过机房监控台启动，控制指令 由PLC3接收，通过Profinte总线通讯传到控制系统PLC1处理并确认，提升机辅助设备，而且 控制系统检测到提升机在施兩状态；(2)井口提升信号系统发打点信号和开车信号指令，由井口控制台PLC4接收，通过 Prof inte总线通讯传到主控PLC1处理并确认提升种类、去向；(3)人工操作机房监控台闸、速度主令控制手柄；(4)主控PLC1接收到工作闸开闸指令，系统自动根据提升力矩计算至完全释放，同时激 活控制系统闭环控制功能，提升机开始运行，在运行过程中控制系统PLC1通过采集主机传 感器进行深度、速度、振动频率、温度计算分析，同时通过井口控制台PLC4采集深度指示器 传感器和井筒传感器信号，通过Profinte总线通讯传到控制系统PLC1处理并确认，对提升 机的运行起到应有的安全保护；(5)到达预设终点，由人工手动操作机房监控台闸、速度主令回零位停车；(6)信号系统发出停车信号由监控台PLC3接收，通过Profinte总线通讯传到控制系统 PLC1处理并确认，信号系统发出施闸指令，由井口控制台PLC4接收，通过Prof inte总线通讯 传到控制系统PLC1处理并确认，闭环控制使能停止工作，提升机自动停车。
【文档编号】B66B3/00GK106081834SQ201610756705
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月30日
【发明人】张志峰, 赵瑞峰, 李艳怀, 郝小军, 张清正, 孙飞燕
【申请人】山西科达富升智能控制技术有限公司