礦井提升機(jī)制動裝置的PLC控制

摘要 分析了礦井提升機(jī)液壓站制動裝置的事故原因，結(jié)合液壓站的工作原理，探討了采用PLC電控系統(tǒng)的控制過程及注意事項(xiàng)。并根據(jù)制動系統(tǒng)的可靠性分析對其進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的電控系統(tǒng)可靠性得到提高，現(xiàn)場設(shè)備的相互匹配性得到增強(qiáng)，還可靈活地實(shí)現(xiàn)各種功能的變更。
關(guān)鍵詞 提升機(jī)；液壓站；PLC

礦井提升機(jī)制動裝置是礦井提升機(jī)的重要保護(hù)裝置。制動裝置的作用可歸納為：(1)在提升終了或提升機(jī)不工作時，可靠地閘住提升機(jī)。(2)在減速階段參與提升機(jī)的速度控制。(3)作為安全機(jī)構(gòu)，在發(fā)生緊急事故時，對提升系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。(4)對雙卷筒提升機(jī)，在打開調(diào)繩離合器，更換水平、調(diào)節(jié)繩長時，能閘住活卷筒、松開死卷筒，以便進(jìn)行調(diào)繩操作。
目前礦井提升機(jī)的制動裝置多為盤式閘制動系統(tǒng)，主要由制動器和液壓站組成。在提升機(jī)的操作使用過程中，盡管對制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)整定的制動力矩倍數(shù)達(dá)到提升機(jī)靜力矩的3倍以上，但仍因制動系統(tǒng)失效而引發(fā)過卷、蹲罐等事故，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。
根據(jù)對制動系統(tǒng)的可靠性分析，盤式閘制動系統(tǒng)引發(fā)事故的原因有：(1)液壓站在緊急制動時，管路回油不暢。(2)液壓站工作制動調(diào)壓穩(wěn)定性不夠。(3)殘壓過高，電磁閥故障。(4)制動器故障，如碟形彈簧疲勞或斷裂、閘瓦污染等造成制動力矩不足等。而整個液壓站的電控部分采用可編程控制器(PLC)，則會大大提高電控系統(tǒng)的可靠性；同時增加了與現(xiàn)場設(shè)備的相互匹配性，可以靈活地實(shí)現(xiàn)各種功能變更。

1 液壓站工作原理
液壓站的工作過程主要包括：工作制動和安全制動。液壓站采用可編程控制器(PLC)控制，其工作原理根據(jù)液壓站動作過程進(jìn)行編程，電磁閥的動作狀態(tài)如表1所示。

1．1 正常工作制動
當(dāng)提升機(jī)開車時，給液壓站的電動機(jī)1供電，油泵2啟動，時液壓站中的電磁閥由可編程控制器(PLC)控制，G1、G2、G3、G4、G6、G7通電，司機(jī)推動可調(diào)閘手柄，提升電控系統(tǒng)發(fā)出—個增大的電壓值，這個電壓進(jìn)入液壓站電控柜中的放大板，并控制電液比例溢流閥4來調(diào)整系統(tǒng)壓力，使系統(tǒng)油壓增大到一定值。壓力油一部分進(jìn)入A、B管打開提升機(jī)制動器，提升機(jī)即可開車運(yùn)行；另一部分壓力油進(jìn)入蓄能器13，為安全制動儲備壓力能。當(dāng)提升機(jī)停車時，司機(jī)拉回可調(diào)閘手柄，提升電控系統(tǒng)發(fā)出一個減小的電壓值，使系統(tǒng)油壓減小，完全拉回手柄，PLC控制電磁閥G6、G7斷電，系統(tǒng)油壓降為0，制動住提升機(jī)，等待下一次提升。
1．2 安全制動
安全制動分為兩種情況：一種是提升容器運(yùn)行在井筒中時，提升機(jī)出現(xiàn)緊急情況時的井中安全制動；另一種是提升容器已經(jīng)接近井口時，提升機(jī)出現(xiàn)緊急情況時的井口安全制動。
井中安全制動：提升機(jī)出現(xiàn)緊急情況時，AC接點(diǎn)信號閉合，為滿足制動減速度的要求，采用二級制動。這時液壓站中電動機(jī)1斷電，油泵2停止供油，電磁閥由可編程控制器控制，G1、G2、G6、G7斷電，B管中的油壓降為零，由B管控制的一半制動器施閘，產(chǎn)生制動力矩；而控制A管的電磁閥G3和G4依舊通電，G5通電，這時A管和溢流閥9以及蓄能器13相通，使管路產(chǎn)生和溢流閥9相對應(yīng)并維持穩(wěn)定的油壓值，由A管控制的另一半制動器也施閘產(chǎn)生相應(yīng)的制動力矩。兩部分制動力矩之和要滿足制動減速度的要求，這就是第一級制動。G5、G3、G4經(jīng)可編程控制器延時一定時間后斷電，所有制動器全部施閘，使提升機(jī)停車，這是第二級制動。
井口安全制動：提升機(jī)出現(xiàn)緊急情況時，為了防止惡性事故的發(fā)生而采用井口安全制動。提升容器到位信號已經(jīng)閉合，AC接點(diǎn)信號閉合，液壓站中電動機(jī)1斷電，油泵2停止供油，電磁閥由可編程控制器控制，G1、G2、G3、G4、G6、G7斷電，A、B管的油壓迅速降為0，所有制動器全部施閘，制動住提升機(jī)。
(1)調(diào)繩功能：當(dāng)提升絞車需要調(diào)繩時，打到“離開”按鈕時，這時電動機(jī)、電磁閥G8通電，調(diào)整可調(diào)閘手柄，使系統(tǒng)壓力上升，將離合器打開；打到“調(diào)繩”按鈕，此時電磁閥G2、G6、G7通電，調(diào)整可調(diào)閘手柄，系統(tǒng)壓力上升，固定卷筒的閘打開，可動車進(jìn)行調(diào)繩；調(diào)繩完畢，打到“合上”按鈕，此時電磁閥G9通電，其余電磁閥斷電，離合器復(fù)位合上。
(2)電磁閥檢測信號：液壓站中每個電磁閥都有一個閥芯檢測傳感器，當(dāng)電磁閥正常工作，而閥芯沒有到位或被卡，檢測傳感器會發(fā)出故障信號，并通過可編程控制器報警并在液晶屏上顯示發(fā)生故障的電磁閥。以便對其進(jìn)行維修。
(3)過壓報警：當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，壓力超出系統(tǒng)設(shè)定值時，過壓電接點(diǎn)壓力表接點(diǎn)閉合，產(chǎn)生報警信號，對液壓系統(tǒng)及制動裝置起到保護(hù)，以便于維修。
(4)壓差報警信號：當(dāng)濾油器出現(xiàn)阻塞時會出現(xiàn)進(jìn)出口壓力差，此時濾油器上的壓差開關(guān)動作，在液晶屏上產(chǎn)生故障報警信號，以便對其進(jìn)行維修。
(5)溫度報警信號：當(dāng)油箱7中的液壓油溫度過高，溫度報警信號閉合，并通過PLC及液晶屏報警或顯示故障模式。

2 電控系統(tǒng)裝置組成
整個裝置由供電單元、檢測單元、控制單元、輸出單元和執(zhí)行單元等組成。
(1)供電單元。交流220 V工作電源取自提升機(jī)交流220 V控制電源，作為電磁閥、指示燈、PLC的工作電源；電液比例閥控制板的24 V電源取自單獨(dú)的交流220 V+24 V直流電源；其他的24 V直流電源取自PLC自帶的24 V電源；交流380 V油泵電機(jī)工作電源取自提升機(jī)供電系統(tǒng)的動力電源。同時電控柜內(nèi)部自帶備用交流220 V應(yīng)急電源，緊急停電后可給電控柜供電，正常工作時處于儲電池充電狀態(tài)。
(2)檢測單元。安全制動信號接點(diǎn)、減速點(diǎn)信號接點(diǎn)、開車信號及停車信號接點(diǎn)取自提升機(jī)電控回路，為無電壓常開接點(diǎn)。過壓保護(hù)接點(diǎn)取自過壓檢測電接點(diǎn)壓力表；濾油器壓差信號接點(diǎn)取自濾油器壓差檢測裝置，兩路信號并聯(lián)；油溫過高接點(diǎn)取自油箱油溫檢測裝置；電磁閥故障信號接點(diǎn)取自電磁閥閥芯動作位置傳感器。
(3)控制單元。由PLC可編程控制器及其擴(kuò)展單元組成，完成所有信號檢測、邏輯控制等，控制輸出單元及執(zhí)行單元的動作。電液比例閥由電液比例板控制調(diào)節(jié)，不參與PLC控制。
(4)輸出單元。由輸出繼電器、中間繼電器、指示燈等組成。
(5)執(zhí)行單元。由油泵電機(jī)、電磁閥等組成，根據(jù)PLC的輸出指令，完成相應(yīng)動作。

3 注意事項(xiàng)
(1)電控柜開始投入運(yùn)行之前，應(yīng)著重檢查以下方面：KT信號的極性，保證接線正確；轉(zhuǎn)換電路開關(guān)的位置，保證方向一致；在確保電控箱外部連線無誤后，可將電控箱投入使用。
(2)當(dāng)PLC監(jiān)視到故障信號時，將自動給出聲光報警，電鈴動作3 s后自動停止，欲消除故障顯示，可按一下復(fù)檢按鈕。
(3)PLC正常工作時，PWR、RUN指示燈應(yīng)同時亮，ERR、BAT指示燈不亮，如不符合此種狀態(tài)，都應(yīng)視為故障。