1、矿山主提升机提升超重现象是威胁矿山安全提升的重要因素之一，在矿山提升机控制系统的设计中，对主提升机提升超重的预防控制工艺要求尤为重要。通过多年的实践和研究，设计出一套完备的主提升机提升超重的预防控制工艺。该控制工艺分别从装载控制和提升控制两个方面进行提升超重的预防。在装载控制方面，定量仓的压磁称重的满仓、超载作为预防提升超重的第一道防线，定量仓满仓装载运输机和给料机就停运，一旦超载信号动作不但装载运输机和给料机就停运，而且限制自动向箕斗装载，只能分次装载；由于给料机的给料量是相对比较稳定的，通过控制给料机的运行时间来控制装载量，从而形成了预防提升超重的第二道防线。在提升控制方面，预防提升超重也
2、有两条途径，一是：在提升机的速度图设计上，在初始加速之前设计一段（0.5m-1.0m）的恒速段，作为提升电流的准确检测区域，若检测出的电流大于正常提升电流的某一范围，提升机就安全制动，并禁止提升；若检测出的电流小于正常提升电流的某一范围，就判断为向下运行的箕斗未卸空，提升机就安全制动，并禁止自动提升，另外，该箕斗到达装载位置系统禁止装载，以防止新的装载量和未卸空的物料量相加形成提升超重，只有该箕斗被提升一个循环后，才允许定量仓相该箕斗装载；同时，该功能的设计也防止重载下放恶劣现象的发生。预防提升超重的第二条途径是：在提升机的初始加速段检测电流进行定时限过流判断和反时限过流判断，不论哪种过流保护
3、动作，提升机都安全制动，并禁止自动提升，达到预防超重提升的目的。系统其他控制工艺见信息流程框图，如图4.1。该流程图能粗略地描述信息的传输情况和各功能块、组织块之间的逻辑关系。图4.1 其他控制工艺信息流程框图4.2主控软件的开发设计4.2.1主控程序组织块 OB1OB1是各功能块的最上层的组织者，它决定着各功能块的执行顺序和调用条件。本系统的OB1所调用的功能块均是无条件调用，以确保CPU的每个扫描周期都去扫描输入功能块FB5、计算功能块FB2、逻辑控制功能块FB1和输出功能块FB3。4.2.2逻辑控制功能块 FB1逻辑控制功能块FB1是软件控制系统的核心部分，该部分在系统中具有举足轻重的地
4、位，它依据输入功能块FB5、通讯组织块OB35、计算功能块FB2以及其它辅助组织块完成系统的所有逻辑控制功能，具体功能如下：完成自动方式、手动方式和检查方式的速度给定功能（故障停车后闭锁自动方式，非自动方式转换至自动方式必须经过一个循环的手动有载运行）；提升方向控制（完成提升方向的判断和方向互锁，为速度给定、速度保护、提升高度显示和方向记忆等功能做准备）；有载提升累计；电流预给；完成故障诊断功能块 FB14的调用（为确保系统对作用于安全回路的故障的诊断，并做出动作的实时性，对故障诊断功能块采取无条件调用）；完成故障记忆功能块（FB15）、报警记忆功能块（FB16）的有条件调用；实现对工作闸制动
5、功能块（FB17）的无条件调用；实现调用参数修正功能块（FB18）；实现故障查询功能块（FB19）的调用等。4.2.3计算功能块计算功能块基于OB34组织块检测得到的计数脉冲，计算功能块主要完成电子凸轮板的形成、提升高度、提升速度的计算和提升参数的停电记忆功能，为实现系统的速度死循环以及实现提升速度与提升高度之间的对应关系起到关键性作用；另外，为尽量减少该能块占用CPU的扫描时间，多处利用了条件跳转指令。具体扫描如下：4.2.3.1电子凸轮板的形成电子凸轮板的理论依据是物理学公式：-式（4）即： -式（4）根据式（42）式针对速度图的每一直线段都存在加速度，初速度和该直线段初始点对应的提升高度
6、s0，所以，针对每一直线段上式都可以看作一个以提升高度s为变量的一元方程，从而求出对应每一提升高度的提升速度，为提升机的运行提供了速度源电子凸轮板分为自动/手动方式下的电子凸轮板（图4.2和表4.1）和检查工作方式下的电子凸轮板（图4.3和表4.2）两部分:n m/s Nmax=8.161.00 A B C D E F G H It（s） 图4.2自动/手动方式电子凸轮板表4.1区间a加速度 （m/s）V0 初速度（m/s） S0初始位置（南斗提升）（m） S0初始位置（北斗提升） （m） 时间（s）OA:AB:BC:CD:DE:EF:FGGHHI0.20.00.6-0.80.48.162.4
7、4.559.1547398.694440.21445.71445.785446.21445.81443.81441.71387.055347.5166.00.50.42525311.941.69.713.750.250.3OI87.5n m/s Nmax=1.5 0.3O A B C D E F t（s） 图4.3检查方式电子凸轮板表4.2V0 初速度（绝对值） （m/s）S0初始位置（南斗提升） （m）S0初始位置（北斗提升） （m）OA7.5AB1.55.625440.585290BC-0.4CD443.312.9DE446.01EF0.1446.11OF311为实现全过程的110的包络线
8、过速保护功能，将V=V110 4.2.4输出功能块FB3输出功能块FB3实现对PLC外部控制继电器、指示信号及整流装置使能的控制输出功能，是软件系统的执行部分，具体描述如下：实现对外部设备的分、合操作输出：高压柜（带两台主变）的合闸、分闸操作；快开合闸、分闸操作；对整流装置的启停和使能输出；液压站、整流器冷却风机和冷却风机的启停；完成模拟信号对外输出,包括速度模拟量给定、敞闸压力给定输出、提升高度和提升速度的指针输出、提升机测试用模拟信号的输出如下表：（表4.3）表4.3项 目模 拟 量（V）物 理 量敞闸压力0+10.0010.0MPa速度给定-10.00+10.0-8.16m/s0+8.1
9、6m/s速度反馈电枢电流-3000A0+3000A提升机数码显示输出包括：提升高度、故障编码、设定的最大提升高度、计算系数、有载提升累计；提升机状态灯指示输出包括：高压柜运行状态、急停闪烁、安全回路指示及故障闪烁、提升机同步开关状态指示、警告闪烁、半载运行闪烁、手动方式运行及方式选择错误指示、自动方式运行指示、检查方式运行指示、提升机到位指示及到位开关故障闪烁、液压站运行指示及故障闪烁、整流器冷却风机运行指示、主电机冷却风机运行指示及故障闪烁、快开状态指示、箕斗过卷旁路指示、变压器运行故障指示、装卸载故障指示、提升机准备启动指示、提升机闭锁指示、提升方向指示及主令手柄给定方向错误报警闪烁、计算
10、系数需校正提示；提升机故障指示灯输出包括：整流柜故障闪烁、远程I/O故障闪烁、控制电源故障闪烁、编码器PG1、PG2、PG3或测速机故障闪烁、闸瓦磨损开关动作闪烁、闸盘偏摆闪烁、欠励故障闪烁、过速故障闪烁、井口过速故障闪烁、箕斗过卷或极限过卷闪烁；指示灯测试。4.2.5输入功能块（FB5）输入功能块主要完成模拟量信号的输入标准化工作，使电量信号转换为物理意义的数据，该功能通过调用FC105实现，具体描述如下：温度信号（4-20mA）、制动油压、测速机信号（0-10V）、主令手柄信号（0-10V）、装载称重信号、整流装置的反馈信号、电枢电压电流、工作闸工作电流检测、主变一次电流的检测（0-10.
11、0V-0-200A）。4.2.6故障诊断功能块（FB14）根据故障性质不同，分为动力电源类、控制电源类、行程类、液压系统类、整流柜类、故障中断类及其它共七个类别，共计153条故障，任一条故障发生都作用安全回路。具体描述如下：高压柜过流、速断动作；电枢电压超限；欠励；电枢电流维持；主、辅变超温跳闸；整流装置、电枢、励磁装置过流；高压柜3.4.5不明原因跳；快开不明原因跳闸。控制电源类。行程类。液压系统类。整流柜类。PLC故障。其它类故障。4.2.7 报警诊断功能组织块 （OB32）报警诊断功能组织块主要完成提升机的轻微故障或不正常状态作出判断，报警状态出现，仅显示警告，不作用于安全回路，只有警告
12、状态维持到提升到位停车，该警告才闭锁提升机下次提升。该组织块中的报警分为动力电源类，控制电源类，行程类，液压系统类，整流柜类和其它类。4.2.8 参数修正功能块（FB18）因为在提升机运行过程中主滚筒衬垫的磨损或提升绳的伸长等诸多原因，导致提升高度和提升速度的计算不精确，这样就需要修正计算系数；若因某种原因需要改变最大提升高度（调整范围小于1m），为确保加减速段的速度曲线不变，就必须修正最大提升高度的数据，以上两点就是编制参数修正功能块FB18的目的。4.2.9 通讯功能组织块（OB35）通讯功能组织块主要完成S7-400和S7-300之间的通讯，S7-400和3台整流装置之间的数据传输功能，
13、以及形成多频时钟发生器功能。它每10ms中断主程序一次，是整个控制系统的关键。4.2.10 高速计数功能组织块（OB34）高速计数功能组织块主要完成PG1、PG3的脉冲计数和行程校正功能，它每20ms中断主程序一次，在整套系统中处于基础性地位。另外，还有故障记忆功能块 FB15；报警记忆功能块 FB16；工作闸制动功能块 FB17；故障查询功能块FB19；固定参数设定组织块 OB33；其它辅助组织块。4.3 S7-300监控软件的开发设计S7-300软件作为本系统的后备安全软件，实现后备安全回路故障的诊断功能。它独立于S7-400之外，与S7-400的功能相关联，实现速度与行程保护。包括主控程
14、序组织块（OB1）；计算功能块（B）；故障诊断功能块（FB14）；通讯功能组织块（OB35）；4.3.1速度保护开发设计计算功能块主要完成电子凸轮板的形成、提升高度、提升速度的计算功能，为实现提升速度与提升高度之间的后备对应关系起到关键性作用；另外，为尽量减少该功能块占用CPU的扫描时间，多处利用了条件跳转指令。具体功能如下：电子凸轮板的形成；提升高度和提升速度计算；停电记忆提升参数。与S7-400形成的电子凸轮板、提升速度相比较，实现该系统的速度保护。4.3.2 行程保护开发设计故障诊断功能块（FB14）：根据故障性质不同，分为动力电源类 、行程类、 整流柜类、故障中断类及其它共四个类别，共
15、计32条故障，任一条故障发生都作用安全回路。动力电源类包括高压柜过流、速断动作；行程类包括过卷故障、极限过卷故障、等速过速故障、全程过速故障保护、井口超速故障；整流装置1、2、3总故障；PLC故障包括时间错误、电源错误、诊断中断、插入/移开模块中断、CPU硬件故障、机架故障、通讯故障,其中，行程类故障诊断功能与FB2计算的提升高度、提升速度、井筒开关的实际位置共同形成该系统的行程保护。4.4 上位监视软件开发平台的选择上位监视程序采用支持Visual Basic的Ifix监控软件包，iFIX是强大的HMI/SCADA系统，可以进行过程的图形化监视、数据采集和管理。iFIX的基本功能允许特定的应
16、用程序执行所赋予的任务，他两个基本的功能是数据采集和数据管理。南屯矿主井提升机上位监控系统设置了提升系统全图、装卸载系统图、高压配电图、低压配电图、运行曲线图和故障报警画面，个各画面的切换只需直接点击相应的按钮即可。在各个画面中：红色代表故障，绿色代表运行，黄色代表报警。各个画面切换直接点击相应的按钮就可以切到相应的画面。下面重点把提升系统全图、故障报警画面显示出来，维护人员通过提升系统画面掌握系统信息，通过装卸载系统画面了解当前和历史发生的产量，有利于维护和使用。见图4.4和图4.5。图4.4 提升系统全图图4.5 装卸载系统图4.5通信软件设计整套通讯系统分成两个层次，三个部分。由S7-4
17、00、S7-300和上位工控机组成最高层次的通讯网络，S7-400、S7-300分别与各自的远程I/O组成最基础的通讯网络。基础通讯网络完成系统数据的采集、处理及功能的输出，最高层次的通讯网络完成系统的人机界面。见通讯网络图：4.5.1 主控和监控系统的PROFIBUS数据传输S7-400、S7-300和上位工控机三者之间的通讯由上位工控机的iFIX软件及S7-400、S7-300的通讯功能组织块OB35实现。S7-400向S7-300发送数据：在安全回路方面虽然S7-300是一个相对独立的控制单元，但为了保持与S7-400之间的协调，其判断故障的基准必须一致。设定的最大提升的高度，计算系数和
18、提升方向，上述一个数据就是S7-400向S7-300发送的数据源。S7-400接受S7-300传送来的数据：传送来的数据有：基于PG2的提升高度，提升速度以及安全回路继电器。S7-400依据S7-300传送来的提升高度和提升速度来判断PG1、PG2、PG3及测速机状态，S7-300传送来的安全回路仅作为安全回路指示灯的一部分使用，即在特殊情况下，S7-300停止运行，只需短接S7-300安全回路输出点，不必改变软件，S7-400仍能独立完成应急提升任务。S7-300向S7-400同样方式发送数据。4.5.2 主控和从站的PROFIBUS-DP数据传输S7-400与其远程I/O的通讯和整流装置之
19、间的通讯由五部分组成：S7-400基板部分、操作台远程I/O、低压柜2远程I/O、主整流装置1、主整流装置2和励磁装置组成PROFIBUS（1）通讯网络，其通讯速率为500kbit/s，通讯网络电缆长度150m。具体内容如下：（表4.4）表4.4设备名程PROFIBUS地址组态地址型 号定 货 号S7-400基板部分8190CPU 414-3 DP6ES7 414-3XJ00-0AB0操作台远程I/O8186IM 153-16ES7 153-1AA03-0XB0低压柜2远程I/O48185主整流装置18191MATER DRIVES CBP6ES7090-0XX84-0FF0主整流装置268188励磁装置78187S7-300与其远程I/O之间的通讯由两部分组成，即：S7-300基板部分和低压柜LV2远程I/O组成PROFIBUS（3）通讯网络，其通讯速率为500kbit/s，通讯网络电缆长度125m。（表4.5）表4.5设 备名 程组 态地 址S7-300基板部分1023CPU 315-2 DP6ES7 315-2AF03-0AB0低压柜LV2远程I/O910224.5.3 点对点通讯两个装置之间利用其本身的通讯功能，实现点对点的通讯，实现功能关联，实现输出12脉动，并实现转矩方向闭锁。
