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1、1 第一章第一章 矿井提升机系统高仿真平台的概述矿井提升机系统高仿真平台的概述 1.11.1、系统简介、系统简介 矿井提升机系统自动控制高仿真平 台以提高提升效率、节能降耗、安全运 行为设计理念，针对交流提升系统进行 仿真设计。 该系统完全模拟井底煤仓装载、定 量称重和箕斗自动装载、井上煤仓卸载 及提升机全自动提升过程。可分别实现 提升机全自动运行控制和手动控制。在 控制面板上还包括了信号系统和故障模 拟功能，具备以太网通讯功能，可实现 与集中控制平台的连接。矿井提升机系 统自动控制高仿真平台如图 1 所示。 1.21.2、系统结构、系统结构 整个系统分为机械部分和电气控制 部分，机械部分包括
2、提升用交流电机、 滚筒、天轮、井架、提升箕斗、钢丝绳、 装卸载机构、摩擦轮等设备；电气部分 包括西门子 S7-300 PLC、变频器、位置 传感器、轴角编码器、控制面板、触摸屏和控制软件等。 1.31.3、运行方式、运行方式 用户可以在远程控制平台、触摸屏以及就地控制面板完成对系统的监 控。综合考虑系统对于实时性、可靠性以及传输距离等的要求，监控网络 采用 MPI 网络与工业以太网相结合的形式。当设定为就地方式时，用户可 图 1 提升机系统高仿真平台图 1 提升机系统高仿真平台 2 在就地控制面板完成对提升机系统和装载系统的操作；集中方式分别对应 触摸屏，实现提升机和装载皮带的一键启停控制；选
3、择远程方式时，提升 机和装载系统将根据上一级系统条件自动启停，或根据当前系统条件执行 自动控制程序。 1.41.4、工作原理、工作原理 矿井提升机系统自动控制高仿真平台的整个工作过程是由采煤机采地 煤，经过运输皮带进入主煤仓，在由皮带运送到定量仓，最后进入箕斗提 升机，完成了煤炭的装载过程。由主电机带动卷筒旋转，绕过天轮的钢丝 绳连结箕斗上下运动，完成上下提升运动。 提升机中的箕斗在上下提升运动过程中主要进过几个阶段： 加速阶段，箕斗在装满煤后速度在不断增加这段时间很短； 匀速阶段，箕斗在加速阶段后，速度达到额定速度后就不会再增加， 一直以这个速度提升，这个过程时间较长，路程也最长； 减速阶段
4、，箕斗都经过减速开关后，就要一直在减速，这段时间也 很短； 爬行阶段，箕斗经过减速阶段速度达到爬行速度，箕斗就一直以这个 速度提升，直到箕斗到达停车点时，箕斗速度就会立即减为零，箕斗停止。 1.51.5、使用说明、使用说明 用户可在就地控制面板完成对于提升机系统和装载系统运行方式的设 定，可以将其设定为就地、集中、远程三种方式中的任意一个。当设定为 就地方式时，用户可在就地控制面板完成对提升机系统和装载系统的操作； 集中方式分别对应触摸屏，实现提升机和装载皮带的一键启停控制；选择 远程方式时，提升机和装载系统将根据上一级系统条件自动启停，或根据 当前系统条件执行自动操作。 3 第二章第二章 仿
5、真平台改进的基本要求仿真平台改进的基本要求 2.12.1 电气部分的改进要求电气部分的改进要求 （1）提升机工作信号应声光兼备，并具有下井口向上井口发出开车 信号上井口收到下井口开车信号后向车房发出开车信号的顺序闭锁；井 口信号装置必须与提升机的控制回路相闭锁。 分析：分析：矿井提升机实训仿真平台工作信号声光兼备，实现相关回路的 闭锁。其控制系统由电气设备来实现。 （2）提升机应具有下列保护装置： 防止过卷装置：超过终端停止位置 0.5m。 分析：分析：当提升机的提升容器超过正常终端停止位置 0.5m 时，必须能 自动断电，并能使保险闸发生制动作用。其保护由电气设备来实现。 防止过速装置：等速
6、段 15。 分析：分析：当提升速度超过最大速度 15%时，必须能自动断电，并能使保 险闸发生作用。其保护由电气设备来实现。 过电流和欠电压保护装置。 分析：分析：当发生电动机过电流和欠电压时，实施保护。其保护由电气设 备来实现。 限速保护装置。 分析：分析：提升速度超过 3m/s 的提升机必须装设限速保护装置，以保证提 升容器到达终端的速度不超过 2m/s。如果限速装置为凸轮板，其在一个行 程内的旋转角度不小于 270。其保护由电气设备来实现。 闸间隙保护装置。 分析：分析：当闸间隙超过规定值时，能自动报警和自动断电。其保护由电 气设备来实现。 松绳保护装置（只有单绳提升机才有） 。 4 分析
7、：分析：缠绕式提升机必须设置松绳保护装置并接入安全回路和报警回 路，在钢丝绳松弛时能自动断电和自动报警。其保护由电气设备来实现。 减速功能保护装置。 分析：分析：当提升容器到达设计减速位置时，能示警并开始减速。其保护 由电气设备来实现。 满仓保护装置（只有箕斗提升机才有） 。 分析：分析：箕斗提升的井口煤仓仓满时能报警和自动断电。其保护由电气 设备来实现。 （3）收到开车信号后，确定提升方向，按照（启动）加速、等速、 减速、爬行、抱闸停车的顺序操作，在不同阶段，提升容器的运行速度也 有所变化。 说明：说明：防止过卷装置、防止过速装置、限速装置和减速功能保护装置 应设置为相互独立的双线型式。立井
8、、斜井缠绕式提升绞车应加设定车装 置。故障演示功能：如过卷 0.5m 后，提升机过卷保护动作，提升机自动 断电，同时施保险闸。其他如过速保护、深度指示器失效保护等也可以试 验。高、低压及操作台送电，启动润滑、制动油泵。 （可模拟） 2.22.2 机械部分的改进要求机械部分的改进要求 （1）检查操作台上个仪表，如电流表、电压表、压力表等。操作台 上应安有上述仪表，其指示数值与提升机运行状态对应。 （2）深度指示器失效保护装置（应安装 1 台深度指示器） 分析：分析：当指示器失效时，能自动断电并使保险闸发生动作。也可以 另外加设一台圆盘式深度指示器。 （3）提升机应具有可调节的工作闸和自动控制的保
9、险闸，在操作台 上，有相应的手动闸把和应急按钮。 分析：分析：在操纵台上应安装有手动闸把和应急按钮及各种仪表，对提升 机运行状态实施监控。 5 第三章第三章 控制面板的改进控制面板的改进 3.13.1 控制面板的结构控制面板的结构 控制面板由控制按钮、触摸屏、运行状态指示灯和报警保护等组成。 控制面板如图 2 所示。 3.23.2 控制面板的改进控制面板的改进 控制面板是集操作、提升运行状态指示、报警保护装置、将控制面板 改进成操纵台，更能真实直观的了解提升系统的操纵平台。真实的体验提 升机操作过程，更深刻的了解提升系统。 操纵台主要由显示屏、制动手把、操纵手把、仪表、按钮和指示灯等 触摸屏触
10、摸屏 控制控制 按钮按钮 运行状态运行状态 指示灯指示灯 报警报警 保护保护 报警报警 保护保护 图 2 控制面板 6 组成。 操纵台前平面左侧装有 4 个主令开关，中间装有 4 个转换开关，左右 两侧装有一定数量的按钮。仪表主要显示的内容有数字式深度指示器、提 升速度、电流、电压、制动油压等。指示灯的内容有提升机及附属设备运 行状态指示、信号指示和安全状态指示。选择开关由过卷复位开关、自锁 式紧急停车按钮等。 操纵台是提升机集中控制的操纵台，其上除司机用的操纵手把外，集 中了各类仪表和信号指示器，以显示提升机制动系统压力。运动参数、电 参数等各种运行参数和提升机工作状态。另外操纵台集中了部分
11、安全制动 按钮或踏板，以实现意外情况发生时的应急操作，保证提升运输安全。 3.33.3 改进后的操纵台改进后的操纵台 操纵台斜面上装油压表、信号灯和电压表。油压表中指示制动系统的 油压和润滑系统的油压值。 在操纵台上装制动和操纵手把。操纵人员左手扳动的是制动手把，它 是用来操纵制动系统和制动器，以实现对提升机主轴的装置的抱闸或松闸， 该手把的下面与自整角机相连。改进后的操纵台如图 3 所示。 图 3 操纵台 牌坊式深牌坊式深 度指示器度指示器 踏板踏板 操纵手把操纵手把 制动手把制动手把 显示屏显示屏 屏屏 指示灯指示灯 按钮按钮 仪表仪表 7 3.43.4 改进介绍改进介绍 在操纵台上装设显
12、示屏、制动手把、操纵手把、仪表、按钮、踏板、 指示灯等。 （1 1）仪表）仪表 仪表为嵌入式安装，两侧各有一个固定附 件，将附件卡入仪表，拧紧螺丝，即可固定在 屏上。 电气保护管在仪表安装中使用较多它用来 保护电线。 配管时要注意保护管内径和管内穿的电缆 数。通常电缆的直径之和不能超过保护管内径 的一半。仪表如图 4 所示。 （2 2）踏板）踏板 安全制动踏板是在意外情况发生时的应 急操作，保证提升运输安全。 踏板安装到支架上，然后将踏板、支架 移到合适的位置，再把所有螺栓拧紧。踏板 如图 5 所示。 （3 3）操纵手把）操纵手把 操作人员右手操纵手把（操纵手把如 图 6 所示）的作用是控制主
13、电动机的启动、 停止、和正反转，手把下部经过链条传动带 动主令控制器（主令控制器如图 7 所示） ，使 主电动机转子回路接入或切断电阻而使提升机 实现减速或加速。当操纵手把处在中间位置时， 主电动机断电停止转动；当操纵手把由中间位置 向前推动时，主电动机正向启动；向后推动时， 图 4 仪表 图 5 踏板 图 6 操作手把 8 反向启动；当操纵手把由最前面或最后面 推到中间位置时，主电动机由减速直到断电停车，提升 机完成一次提升任务。 当操纵人员将手把向远离方向推到最前面，制动 手把带动自整角机发出信号（自整角机输出电压最大） ， 由光电编码器接受信号，并传送到 plc，经过 plc 处 理后，
14、使提升机松闸。当手把向操纵人员方向拉回到 最后面时，制动手把带动自整角机发出信号（自整角 机输出电压最小） ，由光电编码器接受信号，并传送到 plc，经过 plc 处理 后，使提升机抱闸。 自整角机 自整角机是一种将转角变换成电压信号或将电压信号变换成转角，以 实现角度传输、变换和指示的元件。它可以用于测量或控制远距离设备的 角度位置，也可以在随动系统中用作机械设备之间的角度联动装置，以使 机械上互不相联的两根或两根以上转轴保持同步偏转或旋转。通常是两台 或多台组合使用。自整角机如图 8 所示。 选用时应注意的事项： 自整角机的励磁电压和频率必须与使用的电源 符合。对尺寸小的自整角机，选电压低
15、的比较可靠；对长传输线，选用电 压高的可降低线路压降的影响；要求体积小、性能 好的，应选 400 Hz 的自整角机 否则，采用工频比 较方便。 相互联接使用的自整角机，其对接绕组的额定电压和频率必须相同。 在电源容量允许的情况下，应选用输入阻抗较低的发送机，以便获得 较大的负载能力。 选用自整角变压器和差动发送机时，应选输入阻抗较高的产品，以减 图 7 主令控制器 图 8 自整角机 9 轻发送机的负载。 光电编码器 光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲 或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器光电编码器是由光栅盘和 光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分
16、地开通若干个长方 形孔。由于光电码盘与电动机同轴电动机旋 转时光栅盘与电动机同速旋转经发光二极 管等电子元件组成的检测装置检测输出若干 脉冲信号通过计算每秒光电编码器输出脉冲 的个数就能反映当前电动机的转速。光电编 码器如图 9 所示。 西门子 S7-300 PLC PLC 即可编程控制器是指以计算机技术 为基础的新型工业控制装置。PLC 是一种专门 为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制 程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数 和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制 各种类型的机械或生产过程。 S7-300 PLC 是模拟式中小型 PLC， 电源、CPU 和其他模块都是独立的，可 以通过 U 形总线把电源（PS） 、CPU 和 其他模块紧密固定在西门子 S7-300 的标 准轨道上。每个模块都有一个总线连接 器，后者插在各模块的背后。电源模块 总是安装在机架的最左边，CPU 模块紧 靠电源模块。CPU 的右边是可以选择的 IM 接口
