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。

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。