專利名稱：用于礦井提升機的數字化控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光電一體化的工業(yè)生產過程綜合自動化控制技術領域。
背景技術：
我國超過70%的礦井提升機采用以tkd-a為代表的傳統(tǒng)交流提升機電控系統(tǒng)。tkd 控制系統(tǒng)是由繼電器邏輯電路、空氣接觸器、測速發(fā)電機等組成的有觸點控制系統(tǒng)；速度調整控制采用電機轉子串電阻的“串級調速”方式。經過多年的發(fā)展，tkd-a系列提升機電控系統(tǒng)雖然已經形成了自己的特點，然而其不足之處也顯而易見，它的電氣線路過于復雜化， 系統(tǒng)中間繼電器、電氣接點、電氣聯(lián)線多，造成提升機因電氣故障停車事故不斷發(fā)生。同時電機轉子串電阻的“串級調速”方式，其調速性能差，且大量電能消耗在電阻上。
發(fā)明內容本實用新型的目的是為了解決現有技術的不足，提供一種系統(tǒng)結構簡單、安全可靠、可有效的提升工作效率，保障運行的安全性和穩(wěn)定性，同時節(jié)能降耗效果顯著的用于礦井提升機的數字化控制系統(tǒng)。本實用新型的目的是通過如下技術方案實現的。用于礦井提升機的數字化控制系統(tǒng)，包括通過以太網和CANopen總線、Modbus總線技術連接的可編程控制器PLC，與可編程控制器PLC連接的變頻器、觸摸屏、運動信號裝置、視頻圖像攝取裝置、操作控制臺、制動液壓站，變頻器還連接有能量處理單元和提升交流電動機，提升交流電動機同時與運動信號裝置連接，運動信號裝置與提升絞車裝置連接， 提升絞車裝置連接制動液壓站，操作控制臺同時與觸摸屏和視頻圖像攝取裝置連接；變頻器和能量處理單元的回饋單元均與電網相連。本實用新型所述變頻器為ATV71變頻器。所述可編程控制器PLC為M340可編程控制器。所述觸摸屏為XBTGT-5330觸摸屏。所述運動信號裝置為E6B2-CWZ5B旋轉編碼器。 在操作控制臺上設置有緊急按鈕、電源主開關合間按鈕、電源主開關分間按鈕、運行方式轉換開關、提升類型轉換開關、速度輔助給定手柄、制動手柄、液壓站制動泵啟動按鈕、液壓站制動泵停止按鈕、下放目標轉換開關、提升目標轉換開關。本實用新型至少具有以下技術效果1、系統(tǒng)以現代控制技術和通訊技術為基礎；從監(jiān)控到設備數據的獲取，能夠真正實現所有電氣自動化產品間的協(xié)同工作。通過以太網和CANopen總線、Modbus總線技術，PLC與變頻器和觸摸屏，PLC與運動信號裝置產品，觸摸屏與視頻圖像攝取裝置，Vijeo Citect配置和管理軟件；通過軟件編程、動態(tài)畫面設計、組態(tài)，實現簡單方便的整合與數字和畫面的傳輸。2、系統(tǒng)選用適宜于提升機的變頻器，把頻率固定的電網交流電變換為頻率可調的交流電供給交流電動機，通過改變交流電動機定子供電頻率，實現交流電動機大范圍的無級平滑調速。在運行過程中能隨時根據負載情況和提升要求，始終處于最佳運行狀態(tài)，滿足提升機特殊工作環(huán)境的要求。通過PLC控制變頻器的輸出頻率大小。PLC選用能夠適應最嚴峻的工業(yè)環(huán)境的穩(wěn)定可靠且高性能的PLC，接收現場各項命令和反饋信號，如來自旋轉編碼器的運動脈沖信號、光電開關和限位開關的位置信號、控制臺速度手柄和制動手柄的給定信號等。通過軟件編程對提升過程進行控制、保護、監(jiān)測監(jiān)控。并與變頻器和觸摸屏及其上位機進行數字傳輸，實現對提升速度、位置等的精確控制。觸摸屏可動漫顯示提升機的運行軌跡，數字顯示速度、位置、距離等，接受視頻圖像信號，自動轉換顯示特殊位置的視頻圖像；整個系統(tǒng)的操作控制、PLC、觸摸屏、按鈕、指示燈均設置于操作控制臺上，兩把操作手柄分別用于速度輔助給定及制動力給定，通過操作控制臺可以設定系統(tǒng)的工作方式和控制方式，可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命令。通過PLC以實現對提升機啟動、加速、平穩(wěn)運行、減速、 停車以及緊急制動等各種控制功能；運動信號裝置包括有旋轉編碼器，光電開關，限位開關等，旋轉編碼器將運動件的運動速率通過脈沖信號傳輸給PLC，通過軟件編程計算運動件的速度、位置、距離等，并在觸摸屏上顯示運行軌跡。實現對運動件的控制；視頻圖像通過攝像頭將視頻信號傳輸給硬盤錄像機，再行傳輸給觸摸屏，并通過PLC的控制，對觸摸屏上的視頻圖像實現單畫面或多畫面顯示；能量處理單元與變頻器相連，同時能量處理單元的回饋單元和電網相連，將提升機減速過程所產生的能量和下放過程所產生的能量進行消耗或回饋電網。3、系統(tǒng)可實現載人、載物、檢修等多類型、多段速和不同加減速，“S”型曲線運行控制，實現無級調速，低速時也能保證較硬的機械特性，實現加減速平滑快捷，停車準確穩(wěn)定， 有效的提升工作效率，保障運行的安全性和穩(wěn)定性。4、系統(tǒng)通過直接檢測電機的啟動轉矩來控制報閘打開時間，同時還具有零速負載保持功能；合理的報閘打開、關閉的時序控制，確保系統(tǒng)安全，做到不溜車，不沖擊。采用變頻器和PLC技術的本實用新型應用于礦井提升，可有效的提升工作效率， 保障運行的安全性和穩(wěn)定性，同時節(jié)能降耗效果顯著。下面結合說明書附圖和具體實施例進一步闡述本實用新型的內容。

圖1是本實用新型控制系統(tǒng)圖；圖2是本實用新型控制系統(tǒng)拓撲圖；圖3是控制臺結構示意圖；圖4是本實用新型程序控制流程圖； 圖5是本實用新型運行時的“S”型曲線運行控制流程圖。圖中，1-變頻器；2-可編程控制器PLC ；3-觸摸屏；4_運動信號裝置；5_視頻圖像攝取裝置；6-操作控制臺；7-能量處理單元；8-提升交流電動機；9-制動液壓站；10-提升絞車裝置；η-電源開關；①_緊急按鈕；③-電源主開關合閘按鈕；③-電源主開關分閘按鈕； -運行方式轉換開關；⑤_提升類型轉換開關； -速度輔助給定手柄；⑦_制動手柄；⑧_液壓站制動泵啟動按鈕；③-液壓站制動泵停止按鈕；⑩_下放目標轉換開關； _提升目標轉換開關。
具體實施方式
如 圖所示，本實用新型包括通過以太網和CANopen總線、Modbus總線技術可編程控制器PLC2，與可編程控制器PLC連接的變頻器1、觸摸屏3、運動信號裝置4、視頻圖像攝取裝置5、操作控制臺6、制動液壓站9，變頻器1還連接有能量處理單元7和提升交流電動機8，提升交流電動機8同時與運動信號裝置4連接，運動信號裝置4與提升絞車裝置10連接，提升絞車裝置10連接制動液壓站9，同時觸摸屏3和可編程控制器PLC2配置于操作控制臺6上；變頻器1和能量處理單元7的回饋單元均與電網相連。所述變頻器1為ATV71 變頻器。所述可編程控制器PLC為M340可編程控制器。所述觸摸屏3為XBTGT-5330觸摸屏。所述運動信號裝置4為E6B2-CWZ5B旋轉編碼器等。本實用新型所用的變頻器1、可編程控制器PLC2、觸摸屏3、運動信號裝置4、視頻圖像攝取裝置5、能量處理單元7、提升交流電動機8、制動液壓站9、提升絞車裝置10、電源開關11均采用現有技術器件。能量處理單元7包括能量回饋單元或能量制動單元。在操作控制臺(6)上設置有緊急按鈕①、電源主開關合閘按鈕③、電源主開關分閘按鈕11|、運行方式轉換開關④、提升類型轉換開關⑤、速度輔助給定手柄⑥、制動手柄⑦、液壓站制動泵啟動按鈕⑧、液壓站制動泵停止按鈕③、下放目標轉換開關⑩、提升目標轉換開關。變頻器把頻率固定的電網交流電變換為頻率可調的交流電供給交流電動機，通過改變交流電動機定子供電頻率，實現提升電動機大范圍的無級平滑調速，在運行過程中能隨時根據負載情況和提升要求，始終處于最佳運行狀態(tài)，滿足提升機特殊工作環(huán)境的要求。可編程控制器PLC 接收現場各項命令和控制信號，通過軟件編程對提升過程進行控制、保護、監(jiān)測監(jiān)控等，并進行數字傳輸；通過來自旋轉編碼器、光電開關等的反饋信號，對速度、位置等實現精確的控制。觸摸屏動漫顯示提升機的運行軌跡，數字顯示速度、位置、距離等；接受視頻圖像信號，自動轉換顯示特殊位置的視頻圖像。運動信號裝置其旋轉編碼器將運動件的運動速率通過脈沖信號傳輸給PLC，光電開關、限位開關、壓力開關等將各項信號傳輸給PLC。視頻圖像攝取裝置通過攝像頭將視頻信號傳輸給硬盤錄像機，再行傳輸給觸摸屏，并通過PLC的控制，對觸摸屏上的視頻圖像實現單畫面或多畫面顯示。操作控制臺系統(tǒng)的操作控制均設置于操作控制臺，通過它可以設定系統(tǒng)的工作方式和控制方式，可以發(fā)布系統(tǒng)的各種控制命令。同時，操作控制臺設置兩個手柄，分別用于速度輔助給定及制動力給定。通過操作控制以實現對提升機啟動、加速、平穩(wěn)運行、減速、 停車以及緊急制動等各種控制功能。能量處理單元將減速過程所產生的能量和下放過程所產生的能量進行消耗或回饋電網。本實用新型的工作過程如下1、系統(tǒng)送電按下電源主開關合閘按鈕②，系統(tǒng)得電，PLC如圖4所示自檢和檢測現場各項命令和反饋信號，如來自旋轉編碼器的運動脈沖信號、光電開關和限位開關的位置信號、控制臺速度手柄和制動手柄的位置與給定信號等。[0030]2、當司機接收到開車信號時，選擇運行方式轉換開關④，以確定是采用手動還是自動方式；提升類型轉換開關⑤，確定是載物還是載人或是檢修方式；目標轉換開關⑩或 ；按下液壓站制動泵啟動按鈕③，啟動液壓站9制動泵工作，松開制動力給定手柄⑦，同時速度輔助給定手柄1推向前(下放)或拉向后(提升)，提升機開始運行；此時，變頻器1根據可編程控制器PLC給出的變化的模擬量數值輸出變化的頻率給提升交流電動機8，提升交流電動機拖動提升絞車裝置10按給定的速度運行；速度按“S”型曲線運行，實現對提升機啟動、加速、平穩(wěn)運行、減速、停車，如圖5所示。3、運行中的速度、距離、位置通過旋轉編碼器等運動信號裝置4反饋給PLC，PLC按設定的控制程序進行計算，并接收實時的操作控制命令，進行輸出控制變頻器1、液壓站9、 電源開關11。通過與觸摸屏3的通信連接，在觸摸屏上顯示速度、距離、位置和運行軌跡，同時，觸摸屏接收視頻圖像攝取裝置5攝取的現場視頻攝像并由PLC控制位置圖像在觸摸屏上顯不。4、下放過程中和提升減速過程中產生的能量通過能量處理單元7回饋電網(能量回饋單元)或消耗(能量制動單元)。
權利要求1.用于礦井提升機的數字化控制系統(tǒng)，其特征在于，包括通過以太網和CANopen總線、 Modbus總線技術連接的可編程控制器PLC (2)，與可編程控制器PLC連接的變頻器(1)、觸摸屏(3)、運動信號裝置(4)、視頻圖像攝取裝置(5)、操作控制臺(6)、制動液壓站(9)，變頻器(1)還連接有能量處理單元(7 )和提升交流電動機(8 )，提升交流電動機(8 )同時與運動信號裝置(4)連接，運動信號裝置(4)與提升絞車裝置(10)連接，提升絞車裝置(10)連接制動液壓站(9)，同時觸摸屏(3)和可編程控制器PLC (2)配置于操作控制臺(6)上；變頻器(1)和能量處理單元的回饋單元(7)均與電網相連。
2.根據權利要求1所述的用于礦井提升機的數字化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述變頻器(1)為ATV71變頻器。
3.根據權利要求1所述的用于礦井提升機的數字化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述可編程控制器PLC (2)為M340可編程控制器。
4.根據權利要求1所述的用于礦井提升機的數字化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述觸摸屏(3 )為XBTGT-5330觸摸屏。
5.根據權利要求1所述的用于礦井提升機的數字化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述運動信號裝置(4)為E6B2-CWZ5B控制器。
6.根據權利要求1所述的用于礦井提升機的數字化控制系統(tǒng)，其特征在于，在操作控制臺(6)上設置有緊急按鈕(①)、電源主開關合閘按鈕(②)、電源主開關分閘按鈕(③)、 運行方式轉換開關(④)、提升類型轉換開關(⑤)、速度輔助給定手柄(ιΕι)、制動手柄(⑦)、 液壓站制動泵啟動按鈕(1=1 )液壓站制動泵停止按鈕(Φ )、下放目標轉換開關(⑩)、提升目標轉換開關()。
專利摘要用于礦井提升機的數字化控制系統(tǒng)，包括通過以太網和CANopen總線、Modbus總線技術連接的可編程控制器PLC(2)，與可編程控制器PLC連接的變頻器(1)、觸摸屏(3)、運動信號裝置(4)、視頻圖像攝取裝置(5)、操作控制臺(6)、制動液壓站(9)，變頻器還連接有能量處理單元(7)和提升交流電動機(8)，提升交流電動機同時與運動信號裝置連接，運動信號裝置與提升絞車裝置(10)連接，提升絞車裝置連接制動液壓站，同時觸摸屏和可編程控制器PLC配置于操作控制臺上；變頻器和能量處理單元的回饋單元均與電網相連。本實用新型系統(tǒng)結構簡單、安全可靠、可有效的提升工作效率，保障運行的安全性和穩(wěn)定性，且節(jié)能降耗效果顯著。
文檔編號B66B1/28GK202138931SQ20112010973
公開日2012年2月8日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權日2011年4月14日
發(fā)明者何國標, 趙立柱 申請人:云南恒旭科技有限公司