專利名稱：礦井提升機仿真模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及仿真模擬裝置，更具體地說，涉及一種礦井提升機仿真模擬裝置。
背景技術(shù)：
在目前的煤礦系統(tǒng)中，為了適應(yīng)現(xiàn)代控制技術(shù)的要求，需盡快培養(yǎng)相關(guān)方向的技 術(shù)人才，其中，能熟練操作現(xiàn)代礦井提升機的操作人員也成為了一個培訓(xùn)重點，但縱觀目前 的仿真模擬裝置中，還沒有專門針對礦井提升機的仿真模擬裝置，大多采用電梯的模擬裝 置來進行礦井提升機的學(xué)習(xí)，但是，電梯模擬裝置的模擬情況局限于單純的電梯教學(xué)的培 訓(xùn)，又由于礦井提升系統(tǒng)的工作環(huán)境復(fù)雜，僅通過電梯模擬裝置的教學(xué)，是不能對礦井提升 機進行較全面的模擬與學(xué)習(xí)的，即現(xiàn)有的模擬裝置很難滿足礦井提升機學(xué)習(xí)的需要，針對 性很差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供了 一種礦井提升機仿真模擬裝置，實現(xiàn)了對真實的礦井提升系 統(tǒng)的工作過程的模擬。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供了如下技術(shù)方案本發(fā)明實施了公開了一種礦井提升機仿真模擬裝置，包括框架；設(shè)置于所述框架頂部的提升電機；設(shè)置于所述提升電機軸端的編碼器；與所述提升電機相連的調(diào)速裝置、驅(qū)動滾筒和罐籠模型；與所述驅(qū)動滾筒相連的測速發(fā)電機；與所述測速發(fā)電機相連的平衡對重；與所述罐籠模型相連的罐籠門控制單元，用于控制所述罐籠門的開合；模擬井道以及設(shè)置于所述模擬井道的檢測信號面板；設(shè)置于所述檢測信號面板的位置檢測開關(guān)，用于檢測所述罐籠模型的運行位置；報警單元；與上述各單元相連的控制單元，用于控制所述模擬裝置各部件的工作狀態(tài)，以完 成對礦井提升機各種控制過程的模擬。優(yōu)選的，所述提升電機為三相異步電動機。優(yōu)選的，所述編碼器為增量式軸角編碼器。優(yōu)選的，所述調(diào)速裝置為變頻調(diào)速器。優(yōu)選的，所述罐籠門控制單元包括與罐籠門相連的門傳動裝置；與所述門傳動裝置相連的門電機；與所述門電機相連的門控電路，用于通過控制門電機的轉(zhuǎn)動方向控制罐籠門的開合。優(yōu)選的，還包括設(shè)置于所述罐籠門的門到位開關(guān)，用于檢測所述罐籠門的開閉狀 態(tài)。優(yōu)選的，所述位置檢測開關(guān)和/或門到位開關(guān)為磁感應(yīng)開關(guān)。優(yōu)選的，按照從所述模擬井道的頂部到底部的順序，所述位置檢測開關(guān)依次為上 行過卷開關(guān)、上水平停車開關(guān)、上行位置檢測開關(guān)、上行減速開關(guān)、下行減速開關(guān)、下行位置 檢測開關(guān)、下水平停車開關(guān)和下行過卷開關(guān)。優(yōu)選的，所述控制單元為可編程控制器PLC，所述PLC接收所述磁感應(yīng)開關(guān)和/或 編碼器的信號后，向變頻調(diào)速器發(fā)送相關(guān)指令，控制所述提升電機的運行狀態(tài)，以及通過接 收所述磁感應(yīng)開關(guān)的信號，控制所述提升電機的運行狀態(tài)。優(yōu)選的，還包括與控制單元相連的外部主令裝置和外部顯示裝置。從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例在硬件配置和結(jié)構(gòu)上都對真實的摩擦 式礦井提升機進行了仿真模擬，在控制方式的設(shè)計上可對礦井提升機的運行方式和運行環(huán) 境進行針對性的模擬，并且本實施例中的控制系統(tǒng)的設(shè)計可讓學(xué)習(xí)人員自己動手編輯控制 程序，進而使學(xué)習(xí)人員更好的利用該裝置學(xué)習(xí)礦井提升機的控制過程，安全保護原理及維 護技巧等。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例公開的一種摩擦式礦井提升機仿真模擬裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實施例公開的一種摩擦式礦井提升機仿真模擬裝置的控制系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明實施例公開的礦井提升機仿真模擬裝置的模擬自動運行模式時的 提升速度圖；圖4為本發(fā)明實施例公開的礦井提升機仿真模擬裝置的門控電路的電路圖；圖5為本發(fā)明實施例公開的礦井提升機仿真模擬裝置的罐籠門控制單元結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例公開了一種礦井提升機仿真模擬裝置，根據(jù)真實的礦井提升機的硬 件結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進行組裝和設(shè)計，可以實現(xiàn)對真實的礦井提升機的控制過程的模擬，彌 補了現(xiàn)有技術(shù)在礦井提升機的模擬方面針對性差的缺點。下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。圖1為本實施例公開的摩擦式礦井提升機仿真模擬裝置的結(jié)構(gòu)圖，圖1中各標號分別表示1、提升電機；2、驅(qū)動滾筒；3、曳引繩；4、框架；5、檢測信號面板；6、位置檢測開 關(guān)；7、罐籠模型；8、開關(guān)指示燈；9、罐籠門；10、鋼絲繩1 ；11、鋼絲繩2 ；12、平衡對重；13、 鋼絲繩3 ；14、鋼絲繩4 ；15、模式轉(zhuǎn)換開關(guān)；16、第一組指示燈；17、第一組按鈕；18、蜂鳴器； 19、第二組按鈕；20、第二組指示燈；21、線槽；22、數(shù)碼顯示器；23、測速發(fā)電機。其中，本實 施例的框架4選用鍍鋅的網(wǎng)版式框架組裝而成，便于元件的安裝和更換，也有利于系統(tǒng)的 擴展，即新增元件等，且堅固性也足夠，整個仿真模擬裝置的結(jié)構(gòu)與真實的礦井提升機相 同。本實施例的外部接線的設(shè)計中，所有控制裝置和元器件的接線均引至接線端子，使系統(tǒng) 中組裝時更加靈活方便。本實施例公開的礦井提升機仿真模擬裝置包括設(shè)置于框架4頂部的提升電機1 ；設(shè)置于提升電機1軸端的編碼器；與提升電機1相連的調(diào)速裝置、驅(qū)動滾筒2和罐籠模型7 ；與所述驅(qū)動滾筒相連的測速發(fā)電機23 ；與所述測速發(fā)電機23相連的平衡對重12 ；與所述罐籠模型7相連的罐籠門控制單元，用于控制罐籠門9的開合；由框架組裝而成的模擬井道，設(shè)置于所述模擬井道的檢測信號面板5 ；設(shè)置于所述檢測信號面板5的位置檢測開關(guān)6，用于檢測所述罐籠模型7的運行位 置，本實施例中按照從所述模擬井道的頂部到底部的順序，所述位置檢測開關(guān)依次為上行 過卷開關(guān)、上水平停車開關(guān)、上行位置檢測開關(guān)、上行減速開關(guān)、下行減速開關(guān)、下行位置檢 測開關(guān)、下水平停車開關(guān)和下行過卷開關(guān)，除此之外，本實施例的檢測信號面板5上還留有 足夠的位置可以增加位置檢測開關(guān)的數(shù)量，以增加停車水平的數(shù)量，提高控制難度；報警單元，用于操作過程中在預(yù)設(shè)情況下的示警；與上述各單元相連的控制單元，用于控制該模擬裝置各部件的工作狀態(tài)，以實現(xiàn) 對礦井提升機各種控制過程的模擬。另外，本實施例的模擬裝置中還設(shè)置有外部主令裝置和外部顯示裝置，外部主令 裝置主要有模式轉(zhuǎn)換開關(guān)15以及按鈕若干，模式轉(zhuǎn)換開關(guān)15可用于系統(tǒng)工作模式的選擇， 該模擬裝置可以按照煤礦主提升機在各種工作情況下的運行方式運行，主要分為自動運行 模式、手動運行模式和檢修運行模式，其他按鈕可用于其他主令控制的操作，其中包括啟動 按鈕和停止按鈕；外部顯示裝置包括蜂鳴器18、數(shù)碼顯示器22以及狀態(tài)指示燈若干，用于 顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)。需要說明的是，本實施例中的提升電機選用三相異步電動機，可以實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及加減速的操作；設(shè)置于提升電機軸端的編碼器選用增量式軸角編碼器，該編碼器可以 測量提升容器的運行速度和運行位置，進而以此為依據(jù)實現(xiàn)該模擬裝置的速度控制和位置 控制；本實施例中的位置檢測開關(guān)選用磁感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)檢測罐籠模型的位置時，可以不用與 所述罐籠模型有直接的接觸，即可檢測其位置；本實施例中的調(diào)速裝置選用變頻調(diào)速器， 可完成該模擬裝置的各個工作過程中的調(diào)速過程，并且可以按照操作者的程序設(shè)置進行動 作，以滿足提升速度以及提升方式的需求，該變頻調(diào)速器具備加減速斜率設(shè)置功能、速度模 擬給定功能、PID調(diào)節(jié)功能以及模擬量輸出功能，可以滿足礦井提升機功能模擬的要求；本 實施例中的控制單元選用可編程控制器PLC，所述PLC接收所述磁感應(yīng)開關(guān)和編碼器的信號后，向內(nèi)部繼電器發(fā)送相關(guān)指令，控制所述提升電機的運行狀態(tài)，以及通過接收所述位置 檢測開關(guān)的信號，控制所述提升電機是否運行，本實施例中的PLC具備順序控制、循環(huán)控 制、時間控制、中斷功能、高速脈沖計數(shù)功能、PID控制等多種控制功能，能夠滿足礦井提升 機模擬控制系統(tǒng)的控制需求。本實施例的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，各元器件的連接關(guān)系及主要控制方式 為由于編碼器和提升電機同軸連接，編碼器向PLC發(fā)送指示提升電機轉(zhuǎn)動情況的脈沖， PLC的高速計數(shù)器端口通過對接收到的編碼器脈沖進行計數(shù)，計算出提升電機的運行位置 及運行速度；各個位置檢測開關(guān)與PLC相連，當(dāng)提升電機經(jīng)過相應(yīng)的位置檢測開關(guān)時，開關(guān) 動作，向PLC發(fā)出信號；根據(jù)上述兩種方式得到提升電機的運行位置和運行速度后，如需調(diào) 整提升電機的運行速度，則PLC通過相關(guān)指令觸發(fā)內(nèi)部繼電器，由內(nèi)部繼電器發(fā)送指示相 關(guān)指令的信號發(fā)送給變頻調(diào)速器，由變頻調(diào)速器調(diào)整提升電機的工作電壓輸入頻率，進而 調(diào)整提升電機的運行速度；在需要示警的情況下，PLC可以控制報警單元示警；外部主令裝 置通過與PLC相連，由PLC控制相關(guān)功能的實現(xiàn)；罐籠門控制單元及測速發(fā)電機均與PLC相 連，具體控制方式下面詳細描述；與PLC相連的存儲單元用于存儲各種預(yù)設(shè)信息以及實時 測得的各種信息，以協(xié)助PLC的控制過程的實現(xiàn)。需要說明的是，提升電機運行速度發(fā)生變化的原理是，根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電壓 輸入頻率成正比的關(guān)系，關(guān)系式為n = 6(^(1-8)斤，其中n、f、s、ρ分別表示電機轉(zhuǎn)速、工 作電壓輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù)，由此式可知，通過改變電機的工作電源頻率 可以改變電機的轉(zhuǎn)速。本實施例中的PLC通過編程控制與提升電機相連的變頻調(diào)速器中電 路的變化，控制提升電機工作電壓的輸入頻率，進而調(diào)整提升電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)提升過程中 提升容器(即罐籠模型)速度的變化。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本實施例中編碼器、可編程控制器PLC、變頻調(diào)速器的 選擇以及外部主令裝置的設(shè)置與排布方式包括但不限于本實施例公開的內(nèi)容，只要能夠?qū)?現(xiàn)礦井提升機的模擬過程即可，各種具體元件的選擇以及設(shè)置都在本實施例的保護范圍之 內(nèi)。需要說明的是，本實施例的模擬裝置在功能上和結(jié)構(gòu)上都對摩擦式提升機進行了 最大限度的模擬，但由于模擬裝置空間的限制，在各個功能部件的選擇上與真實的礦井提 升機有所不同，如過卷開關(guān)的選擇，在真實的礦井提升機中大多采用機械式行程開關(guān)，而本 實施例中采用磁感應(yīng)開關(guān)代替，本實施例的選擇既能實現(xiàn)過卷開關(guān)的作用，又與模擬裝置 的實際情況相符合，而且還可避免與罐籠模型的直接接觸而產(chǎn)生的損壞，可延長該模擬裝 置的使用壽命。綜上所述，本實施例的模擬裝置中各部件的選擇充分考慮了真實礦井提升 機的結(jié)構(gòu)和功能，又與模擬裝置的實際情況相結(jié)合。下面結(jié)合本實施例的摩擦式礦井提升機仿真模擬裝置的結(jié)構(gòu)說明其對真實礦井 提升機工作過程的模擬。1、對礦井提升機不同工作模式的模擬，不同工作模式的模擬通過模式轉(zhuǎn)換開關(guān)進 行選擇。1)自動運行模式，該模式主要用于煤礦主井的提升過程，按照礦井現(xiàn)場的控制過 程進行模擬，本實施例中的自動運行模式下的提升速度圖如圖3所示，假設(shè)提升容器的初 始位置位于模擬井道的頂端，即需要開始進行卸載，主要控制過程如下
步驟SlOl 按下模擬裝置中的啟動按鈕，系統(tǒng)開始卸載，6S后卸載完畢，由PLC控 制外部顯示裝置中的空載指示燈亮，同時控制變頻調(diào)速控制器動作，將提升電機的工作電 壓輸入頻率調(diào)至所需頻率，使提升電機按照所述轉(zhuǎn)動方向開始轉(zhuǎn)動，提升容器開始下行并 在2S內(nèi)加速至全速；步驟S102 當(dāng)提升容器運行到下行減速開關(guān)時，下行減速開關(guān)動作，通知PLC需要 開始減速過程，PLC控制變頻調(diào)速控制器動作，使得提升電機轉(zhuǎn)速變化，開始減速，在2S內(nèi) 速度減至全速的20% (即260/1300)，之后開始勻速下降；步驟S103 當(dāng)提升容器運行至下水平停車開關(guān)時，該開關(guān)動作，PLC控制提升電機 停止轉(zhuǎn)動，開始裝載。提升容器從開始減速到停止運行，需經(jīng)過下行位置檢測開關(guān)，此時， PLC將存儲單元中記錄的該下行檢測開關(guān)的位置與增量式軸角編碼器測得的提升容器的運 行位置進行比較，如果誤差在允許范圍內(nèi)，則繼續(xù)運行，否則，系統(tǒng)自動停車并控制報警單 元示警；步驟S104 :6S后裝載完畢，由PLC控制外部顯示裝置中的滿載指示燈亮，空載指示 燈滅，提升容器開始上行并加速至全速，控制方式與步驟SlOl類似；步驟S105 當(dāng)提升容器上行至上減速開關(guān)時，提升容器開始減速，速度減至全速 的20%，之后勻速上升； 步驟S106 當(dāng)提升容器運行至上水平停車開關(guān)后，停止運行，開始卸載，期間會經(jīng) 過上行位置檢測開關(guān)，同步驟S103所述，對提升容器的速度和位置進行檢測；步驟S107 :6S后卸載完畢，滿載指示燈滅，空載指示燈亮，提升容器開始下行。在該控制模式下，提升容器按照步驟SlOl-步驟S107的過程往復(fù)循環(huán)，周而復(fù)始。 在運行過程中，由PLC控制并監(jiān)測提升容器的運行速度，保證該模擬裝置的正常運行，且提 升電機的運行速度、加速、減速過程均由系統(tǒng)編程設(shè)計，按照提升速度圖的要求進行控制， 可由學(xué)習(xí)人員根據(jù)不同的提升速度圖進行編程控制，改變提升容器的運行方式并進行學(xué) 習(xí)，熟練模擬裝置的操作過程。2)手動運行模式，該模式下提升容器的運行方式為按下啟動按鈕后按照設(shè)定的 加速度開始加速，在運行過程中可隨時按下停止按鈕使提升容器停止運行，再次按下啟動 按鈕時，系統(tǒng)恢復(fù)運行，當(dāng)提升容器的位置通過了減速點開關(guān)后，按下啟動按鈕時，系統(tǒng)按 照爬行速度運行。在手動運行模式下，系統(tǒng)的控制方式可采用啟動按鈕或停止按鈕直接與提升電機 相連，直接控制提升電機的停止與啟動，提升電機通過變頻調(diào)速器與PLC相連，由于PLC具 有記憶功能，使得停止運行后再次啟動，系統(tǒng)仍能夠按照預(yù)設(shè)速度和程序繼續(xù)運行。3)檢修運行模式，該模式為點動模式，提升容器的速度被限制在爬行速度，由PLC 控制變頻調(diào)試器電路的工作方式，進而控制提升電機點動運行。2、礦井提升機特殊功能的模擬為了保障礦井提升機的安全運行，需按照《煤礦安全規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)中 對提升機的運行以及保護系統(tǒng)等作了特殊的規(guī)定，對于不能滿足規(guī)定的礦井提升機不能投 入運行，下面利用該模擬裝置對《規(guī)程》中的主要保護過程進行模擬。1)過卷保護過程的模擬，《規(guī)程》中規(guī)定，當(dāng)提升容器超過正常停車終端位置0. 5m 時必須能自動斷電。
該模擬裝置實現(xiàn)上述操作過程的方法是，在與模擬井道相對應(yīng)的檢測信號面板上 設(shè)置有上行過卷開關(guān)和下行過卷開關(guān)(統(tǒng)稱為過卷開關(guān))，這兩個開關(guān)分別位于上水平停 車開關(guān)的上方和下水平停車開關(guān)的下方，當(dāng)提升容器到達這兩個開關(guān)的位置時，即出現(xiàn)過 卷的情況時，過卷開關(guān)動作，將指示提升容器出現(xiàn)過卷情況的信號發(fā)送給PLC，PLC通過指 令觸發(fā)自身內(nèi)部的繼電器，由繼電器發(fā)出信號到變頻調(diào)速器，使其控制提升電機停止轉(zhuǎn)動， 進而實現(xiàn)過卷保護的功能。2)過速保護過程的模擬，《規(guī)程》中規(guī)定，當(dāng)提升容器的提升速度超過最大速度的 15%時，必須能夠自動斷電。該模擬裝置實現(xiàn)上述操作過程是通過設(shè)置在提升電機軸端的編碼器實現(xiàn)，通過 PLC的高速計數(shù)器端口對編碼器發(fā)送的脈沖進行計數(shù)，計算出提升容器的實際運行速度，并 與模擬裝置設(shè)定的最大允許運行速度進行比較，當(dāng)實際運行速度超 出最大速度的15%時自 動停止運行，系統(tǒng)的控制過程和過卷保護的控制過程類似，即PLC發(fā)送信號的到變頻調(diào)速 器，使其控制提升電機停止轉(zhuǎn)動，完成過速保護功能。3)限速保護過程的模擬，《規(guī)程》中規(guī)定，當(dāng)提升容器的提升速度超過3m/s的提升 機必須設(shè)置限速保護裝置，并且提升容器到達停車位置時速度不得超過2m/s。本實施例的模擬裝置實現(xiàn)限速保護的過程是，通過PLC的高速計數(shù)器端口對編碼 器發(fā)送的脈沖進行計數(shù)，計算出提升容器的實際運行位置，當(dāng)提升容器接近停車位置時，將 實際運行速度與設(shè)定的最大允許速度進行比較，當(dāng)實際運行速度超過井口位置最大允許速 度時，由PLC控制提升電機自動停止運行，模擬裝置停車斷電。4)減速保護過程的模擬，《規(guī)程》中規(guī)定，當(dāng)提升容器到達系統(tǒng)設(shè)計的減速位置時， 能示警并開始減速。該模擬裝置實現(xiàn)減速保護的模擬可以通過以下兩個途徑實現(xiàn)①通過PLC的高速計數(shù)器端口對編碼器發(fā)送的脈沖進行計數(shù)，計算出提升容器的 運行位置，當(dāng)?shù)竭_設(shè)計減速位置后，由PLC控制報警單元動作，發(fā)出減速報警并控制提升電 機開始減速。②利用設(shè)置在與模擬井道對應(yīng)的檢測信號面板上的上行減速開關(guān)和下行減速開 關(guān)(統(tǒng)稱為減速開關(guān))，當(dāng)提升容器運行到減速開關(guān)位置時，開關(guān)動作，向PLC發(fā)出需減速的 信號，之后由PLC控制報警單元報警并開始減速。當(dāng)然，在電路設(shè)計時，也可以由減速開關(guān) 直接控制報警單元報警，由PLC控制變頻調(diào)速裝置，進而控制提升電機開始減速，具體選用 哪種方式可由操作人員自己設(shè)計。5)摩擦式礦井提升機的滑繩保護，摩擦式提升機是靠驅(qū)動滾筒的摩擦力傳遞力 矩，進而控制提升容器的動作，當(dāng)出現(xiàn)超負荷或者卡罐(即罐籠卡在井道中不能動作)故障 時，就會造成驅(qū)動滾筒與主繩(即圖1中的曳引繩)之間產(chǎn)生滑動，即滑繩現(xiàn)象?；K現(xiàn)象 是一種非常危險的事故，輕則磨損繩襯，損壞驅(qū)動滾筒，重則磨斷主繩造成提升容器墜井， 因此，滑繩保護功能對于摩擦式礦井提升機是至關(guān)重要的。該模擬裝置的滑繩保護功能是通過由PLC將編碼器測得的提升電機的運行速度 與測速發(fā)電機反饋的提升容器的速度進行對比來實現(xiàn)的，由于測速發(fā)電機與驅(qū)動滾筒直接 相連，因此測速發(fā)電機反饋的速度即為提升容器的速度，也就是主繩的速度。當(dāng)根據(jù)編碼器 向PLC反饋的提升電機的速度信號值與測速發(fā)電機向PLC反饋的速度信號值的差值大于系統(tǒng)設(shè)定的滑繩的最大值時，該模擬裝置自動停車并發(fā)出報警信號，其中停車報警的控制方 式與上面描述類似，這里不再贅述。6)位置校核和同步的模擬①同步。為了保證運行過程中，提升容器位置的計算值與實際位置值的誤差最小， 在每一次提升過程結(jié)束后都要對計算位置進行一次同步，本實施例中同步功能通過上水平 停車開關(guān)和下水平停車開關(guān)(統(tǒng)稱停車開關(guān))控制實現(xiàn)。當(dāng)停車開關(guān)動作后，與停車開關(guān)相 連的PLC自動寫入設(shè)定的停車位置(即停車開關(guān)的位置，也就是提升容器停車實際位置)， 將計算值更改為實際位置值，從而實現(xiàn)計算值與實際位置保持同步。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，理論上，同步過程也可通過其他方式實現(xiàn)，如選用其他 位置檢測開關(guān)均可，在提升容器經(jīng)過其他位置檢測開關(guān)時，開關(guān)動作后，系統(tǒng)自動寫入設(shè)定 的檢測開關(guān)的位置，將計算值更改為實際位置值，以實現(xiàn)計算值與實際位置的同步，具體選 擇哪些開關(guān)位置進行同步，需根據(jù)模擬裝置的實際情況和系統(tǒng)工作情況決定，但不論如何 選擇，都在本發(fā)明實施例的保護范圍之內(nèi)。②位置、速度的校核。為了檢查在提升機運行過程中的PLC計算得出的提升容器 的位置的計算值與實際位置的誤差是否在允許范圍之內(nèi)，以便確保系統(tǒng)能夠及時的發(fā)出減 速信號，在提升容器運行至減速點之后要對計算得出的提升容器的位置和速度進行一次校 核，如果位置誤差超過誤差允許范圍或?qū)嶋H提升速度沒有及時減下來，系統(tǒng)將自動停車并 發(fā)出報警。其中，位置誤差的判斷可通過將上水平減速開關(guān)和下水平減速開關(guān)(統(tǒng)稱為減速 開關(guān))的實際位置，與PLC計算得出的提升容器的運行位置進行比較，得出位置誤差，與允 許的誤差范圍進行比較判斷；速度的校核方式可通過提升容器經(jīng)過減速開關(guān)位置后，PLC 計算得出的減速后的實際的提升速度與減速前的實際提升速度進行比較，如果減速后的提 升速度較減速前沒有發(fā)生變化，或減速后的提升速度曲線與預(yù)設(shè)的減速后的速度曲線的誤 差超過允許范圍，則由PLC控制提升電機停止轉(zhuǎn)動，報警單元示警。7)罐籠門關(guān)閉信號與提升機運行指令聯(lián)鎖功能的模擬。當(dāng)提升容器的罐籠門處于 打開狀態(tài)或者未關(guān)閉到位時，提升系統(tǒng)無法發(fā)出運行指令。下面結(jié)合本實施例的模擬裝置 的罐籠門控制系統(tǒng)對此項功能的模擬過程進行說明。罐籠門控制單元結(jié)構(gòu)如圖5所示，圖中各標號分別表示41、門電機；42、門拉繩； 43、罐籠門；44、罐籠；45、門到位開關(guān)；46、排線、47、關(guān)門指示燈；48、開門指示燈。本實施例的罐籠門控制單元包括與罐籠門相連的門傳動裝置，與所述門傳動裝 置相連的門電機，以及與所述門電機相連的門控電路，用于通過控制門電機的轉(zhuǎn)動方向控 制罐籠門的開合，還包括設(shè)置于所述罐籠門的門到位開關(guān)，用于檢測罐籠門的開閉狀態(tài)。其中，本實施例中的門傳動裝置為與罐籠門43和門電機41相連的門拉繩42，門電機41、門到 位開關(guān)45、開門指示燈47以及關(guān)門指示燈48均通過排線46與PLC相連，由PLC控制各元 件的工作狀態(tài)。本實施例中的罐籠模型采用單開門的形式，門電機為直流電機，通過門電機 的正反轉(zhuǎn)的控制來實現(xiàn)罐籠門的開閉。本實施例公開的門控電路的電路圖如圖4所示，罐籠門開合的控制過程為當(dāng)PLC 輸出信號至線圈IJl和1J2時，可控制門電機正轉(zhuǎn)，在圖5中表示為順時針旋轉(zhuǎn)，之后由門 電機的轉(zhuǎn)動帶動門拉繩纏繞在門電機上，門拉繩縮短，進而打開罐籠門，由PLC控制開門指示燈亮，罐籠門在打開狀態(tài)時，門到位開關(guān)處于斷開狀態(tài)；當(dāng)PLC輸出信號至線圈2J1和 2J2時，可控制門電機反轉(zhuǎn)，在圖5中表示為逆時針旋轉(zhuǎn)，之后由門電機的轉(zhuǎn)動帶動門拉繩 逐漸恢復(fù)，進而關(guān)閉罐籠門，如果關(guān)門不到位，開門指示燈不能熄滅，關(guān)門指示燈不亮，且門 到位開關(guān)就不能閉合，也就不能將指示已經(jīng)關(guān)門的信息傳遞給PLC，則PLC未收到已關(guān)門的 指令，就不能發(fā)送信息到變頻調(diào)速器控制提升電機運行，即提升電機不能運行，進而實現(xiàn)了 罐門關(guān)閉信號與運行指令的聯(lián)鎖。需要說明的是，門控電路的電路圖包括但不限于本實施例公開的方案，只要能實 現(xiàn)控制門電機正反轉(zhuǎn)的作用即可，并且開、關(guān)門指示燈的位置設(shè)計也并非局限于本實施例 公開的情況，只要與電路相配合實現(xiàn)相應(yīng)的功能即可。3、對模擬故障排查功能的說明本實施例公開的模擬裝置設(shè)置該功能的主要目的是為了培訓(xùn)學(xué)習(xí)人員排查并解 決系統(tǒng)故障的能力，使學(xué)習(xí)人員能夠更熟練的掌握真實的礦井提升機的硬件和軟件結(jié)構(gòu)， 因此，故障排查分為硬件故障排查和軟件故障排查兩類。進行此項訓(xùn)練時首先根據(jù)原理圖 將外圍設(shè)備接好線，并預(yù)先設(shè)置好控制程序，測試模擬裝置工作正常無誤后，再人為設(shè)置故 障點。最后給學(xué)習(xí)人員說明裝置的控制過程，讓其根據(jù)當(dāng)前的故障現(xiàn)象判斷故障原因并排 除故障，恢復(fù)系統(tǒng)正常運行。
①硬件故障。在PLC的外圍元器件中設(shè)置故障，使電源、位置檢測開關(guān)、輸入按鈕、 指示燈、轉(zhuǎn)換開關(guān)、變頻調(diào)速器等處的接線斷線、錯接或虛接等，學(xué)習(xí)人員根據(jù)當(dāng)前的故障 現(xiàn)象判斷故障原因并排除故障，恢復(fù)系統(tǒng)正常運行。②軟件故障。在預(yù)先設(shè)置的程序中設(shè)置故障，讓學(xué)習(xí)人員根據(jù)當(dāng)前的故障現(xiàn)象修 改程序，恢復(fù)系統(tǒng)的正常運行。本發(fā)明實施例公開的礦井提升機仿真模擬裝置，在結(jié)構(gòu)和功能上對真實的摩擦式 礦井提升機進行了最大限度的模擬，能夠模擬摩擦式礦井提升機的工作過程和工作方式， 針對性很強，學(xué)習(xí)人員可親自動手編輯控制程序并進行控制過程的模擬，進而使學(xué)習(xí)人員 更好的利用該裝置學(xué)習(xí)礦井提升機的控制過程，安全保護原理及維護技巧等，有利于培養(yǎng) 礦井提升機操作方面的專業(yè)技術(shù)人才。由于該模擬裝置采用網(wǎng)板制作，可任意組裝元器件，以實現(xiàn)其他控制方式的需求， 而且，該模擬裝置本身還具有普通電梯的運行控制功能，可通過接線的調(diào)整和外部開關(guān)的 任意組合的方式來模擬電梯的運行控制，因此，該模擬裝置還具有擴展性和極高的通用性。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，可以使用許多不同的工藝和技術(shù)中的任意一種來表示 信息、消息和信號。例如，上述說明中提到過的消息、信息都可以表示為電壓、電流或其組
I=I O專業(yè)人員還可以進一步意識到，結(jié)合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元 及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結(jié)合來實現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和 軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些 功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計約束條件。專業(yè) 技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應(yīng) 認為超出本發(fā)明的范圍。結(jié)合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實施。軟件模塊可以置于隨機存儲器(RAM)、內(nèi)存、只讀存 儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM、或技術(shù) 領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質(zhì)中。
對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
一種礦井提升機仿真模擬裝置，其特征在于，包括框架；設(shè)置于所述框架頂部的提升電機；設(shè)置于所述提升電機軸端的編碼器；與所述提升電機相連的調(diào)速裝置、驅(qū)動滾筒和罐籠模型；與所述驅(qū)動滾筒相連的測速發(fā)電機；與所述測速發(fā)電機相連的平衡對重；與所述罐籠模型相連的罐籠門控制單元，用于控制所述罐籠門的開合；模擬井道以及設(shè)置于所述模擬井道的檢測信號面板；設(shè)置于所述檢測信號面板的位置檢測開關(guān)，用于檢測所述罐籠模型的運行位置；報警單元；與上述各單元相連的控制單元，用于控制所述模擬裝置各部件的工作狀態(tài)，以完成對礦井提升機各種控制過程的模擬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述提升電機為三相異步電動機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述編碼器為增量式軸角編碼器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)速裝置為變頻調(diào)速器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述罐籠門控制單元包括 與罐籠門相連的門傳動裝置；與所述門傳動裝置相連的門電機；與所述門電機相連的門控電路，用于通過控制門電機的轉(zhuǎn)動方向控制罐籠門的開合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，還包括設(shè)置于所述罐籠門的門到位開關(guān)， 用于檢測所述罐籠門的開閉狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述位置檢測開關(guān)和/或門到位開關(guān)為磁感應(yīng)開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，按照從所述模擬井道的頂部到底部的順 序，所述位置檢測開關(guān)依次為上行過卷開關(guān)、上水平停車開關(guān)、上行位置檢測開關(guān)、上行減 速開關(guān)、下行減速開關(guān)、下行位置檢測開關(guān)、下水平停車開關(guān)和下行過卷開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述控制單元為可編程控制器PLC，所述 PLC接收所述磁感應(yīng)開關(guān)和/或編碼器的信號后，向變頻調(diào)速器發(fā)送相關(guān)指令，控制所述提 升電機的運行狀態(tài)，以及通過接收所述磁感應(yīng)開關(guān)的信號，控制所述提升電機的運行狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的裝置，其特征在于，還包括與控制單元相連的外部 主令裝置和外部顯示裝置。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種礦井提升機仿真模擬裝置，包括框架；提升電機；設(shè)置于所述提升電機軸端的編碼器；與所述提升電機相連的調(diào)速裝置、驅(qū)動滾筒和罐籠模型；測速發(fā)電機；平衡對重；罐籠門控制單元，用于控制罐籠門的開合；設(shè)置于模擬井道的檢測信號面板；設(shè)置于檢測信號面板的位置檢測開關(guān)，用于檢測罐籠模型的運行位置；報警單元；與上述各單元相連的控制單元，用于控制該模擬裝置各部件的工作狀態(tài)，使該模擬裝置完成對礦井提升機各種控制過程的模擬。本發(fā)明實施例在硬件配置和結(jié)構(gòu)上都對真實的摩擦式礦井提升機進行了仿真模擬，使學(xué)員學(xué)習(xí)礦井提升機的控制過程，安全保護原理及維護技巧等。
文檔編號G09B25/02GK101847337SQ20101021212
公開日2010年9月29日 申請日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者古峰, 呂現(xiàn)傳, 吳文明, 周慶蓮, 宮志杰, 李繼才, 楊立民, 趙增玉, 鄧雪翔, 閆廣, 馬剛 申請人:兗州煤業(yè)股份有限公司