杭州西门子授权一级代理商通讯电缆供应商

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1 引言
副井提升机信号及综合保护系统,是副井提升系统的重要组成部分。该系统工作性能的优劣,直接影响到提升机的运行。某煤矿副井提升机分为两套提升绞车，一套为双罐笼提升-双层提矸(换层操作)、双层提人(不换层，设人员上下桥台)及其它辅助作业;另一套为带平衡锤的单罐笼提升—双层提矸(换层操作)、双层提人(不换层，设人员上下桥台)及其它辅助作业。原信号系统中的井口闭锁信号及打点信号由于器件的老化等原因，动作迟缓或误动作。同时,可编程序控制器的高速发展和成熟应用,也为副井提升信号系统的改造提供了良好的前提条件。因此，从满足现场需要和操作方便灵活的角度出发，应用可编程控制器对其进行改造。

2 三菱FX_2N可编程控制器
三菱FX_2N系列可编程控制器是小型化，高速度，的产品，是FX系列中档次的小型程序装置。除输入出16~25点的立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。它具有如下特点:
l 系统配置既固定又灵活
在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16--256点的灵活输入输出组合。
l 备有可自由选择，丰富的品种
可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用小8点的扩展模块进行扩展。
可根据电源及输出形式，自由选择。
l 令人放心的
程序容量:内置800步RAM(可输入注释)可使用存储盒，大可扩充至16k步。
l 编程简单
本系统采用三菱的FX2N系列PLC实现上下井口的各种操作。上井口为FX_2N128MR，下井口为FX_2N80MR，车房为FX_2N48MR除紧停信号单外的各种操作及信号的处理均由可编程控制器完成

3 系统构成

系统框图如图1所示，由车房显示系统、上井口信号操作系统和下井口信号操作系统等三部分组成。
3.1 车房显示系统
车房显示系统主要完成提升过程中的各种信号显示，包括提人、提物、急停、换层、检修等的汉字显示，上、快下、慢上、慢下、停车等的汉字和数字显示，三次提升信号所对应的数字记忆，提升钩数的累计显示等等。对上、快下、慢上、慢下、停车的五种信号同时具有与信号数字相对应的音响信号，如打点信号为4，则对应有四次音响信号。在紧急停车时具有上井口、下井口、车房的全线音响报警信号。
各种与绞车控制回路闭锁的信号集中到车房显示系统的控制柜中，再分别接入各控制回路，便于维护和检修。
3.2 上井口信号操作系统
上井口信号操作系统的功能主要是根据提升任务的需要向车房发出相应的打点信号及完成相应功能的转换，如提人、提物、换层、检修等。根据煤矿规程要求，在提升过程中，下井口的信号由上井口转发，即每次提升开始，下井口向上井口发出打点信号，上井口再发出相应的信号，并传至车房，同时在操作面板上显示相应的数字和发出相应次数的音响信号。如果上井口发出的信号与下井口不一致，信号将不能发出，操作面板上也相应显示和音响信号。但当上井口下放人员时，不论下井口发出什么样的提升信号，均服从于提人，即上井口可以将提人信号直接发至车房，实施提人操作。在本系统中不论是提人还是提物，只有提人、提物转换开关的位置选对，打点信号才有效。一旦信号正确发出，除紧急停车信号外，系统将闭锁各种信号，确保提升的。当需要换层时，只要将换层转换开关置于换层位置，提升机将按照换层所设定的速度运行。在系统检修时，将检修转换开关置于检修位置，此时提升机将按照检修速度运行。
上井口发出的各种信号均传至车房，为司机提供开车信号。在提升信号没有发出时，绞车开不了车。在信号系统中还设置了提升方向的闭锁，绞车只能按正确的方向开车。
在系统中如果上下井口的闭锁和操车信号异常，显示屏上将出现相应的闪光指示，以便及时的发现问题和解决问题。为了方便上下井口的联络，系统中设置了联络信号操作按钮，通过此按钮实现各种联络。
当信号系统的PLC检修或故障时，本系统可以通过设置的备用信号系统发出各种开车信号，确保提升系统的正常运行。
3.3 下井口信号操作系统
下井口信号操作系统的功能基本与上井口信号操作系统的功能一样，不同之处在于:
(1) 下井口的信号只能传至上井口，而不能直接发至车房。
(2) 当下井口发出提人信号时，上井口只能发出提人信号。
当需要紧急停车时，上下井口均可通过紧急停车开关，发出全线紧停声光信号。

4 结束语
该副井提升机信号系统自投入运行以来,工作性能, 基本实现无故障运转大大增强了副井提升机的性和提升能力

4控制功能

馈电开关控制系统通过软件编程主要完成功能为：

a) 参数设定

* 额定电流：额定电流的整定范围为100A----630A。

* 供电电压：供电电压的整定范围为660V和1140V二挡。

* 短路倍数：整定范围为3----10倍连续可调。

b ) 漏电保护

* 漏电闭锁：1140V系统42K闭锁,50K恢复，660V系统 23K闭锁,28K恢复。

* 漏电故障：1140V系统23K保护，660V系统12.2K保护。

c) 过电流保护

按照煤炭行业标准要求，根据不同实际电流/额定电流的比值确定不同的动作时间，为了提高保护准确性和灵敏性，B相与A、C相使用不同精度互感器。

d) 短路保护

在短路故障发生时，PLC得到的是一个缓慢上升的电压信号，因为从它发出切断指令到开关真正动作，存在一个故有的“机械动作延时”，为了使动作值准确，同时满足不大于100 mS的时间要求，PLC的判定值一定要前要求的动作值，从而弥“机械动作延时”所带来的不良后果。

e) 模块自检保护

本程序具有模块自检功能，当PLC出现故障时，本装置具有如下保护：

* PLC自诊断：当扩展模块出现故障时， 有“模块故障”报警画面。

* 模块供电电源丢失时，有“模拟量模块一无电源”和“模拟量模块二无电源”的报警画面。

f) 性能试验功能

* 漏电试验：是利用继电器外接1K电阻实现的。

* 短路试验：模拟电流是“额定电流”与“短路倍数”的积送内存单元。

* 过载试验：为1.9Ie，动作时间为60秒，因为动作时间较长，为此在程序中设置了显示。

g) 故障记忆功能：

装置能对近50次故障进行记忆，并可分别报出十四种故障，包括动作时间和动作值。进入故障记忆画面和在内进行上下翻页时具有人性化风格，改变了过去的车轱轳转方式。

h) 开机时间记忆功能：

本装置能记忆“累计带电时间”和“累计吸合时间”

除了上面罗列的基本功能本馈电开关还有漏电电阻、电压、电流以及功率显示功能，移动变压器温度限、瓦斯限、高压据动、低压据动等功能。

5结束语

本配电开关的控制系统以我国煤矿电气设备特性为基础，吸纳了的智能化技术和结构形式，使用PLC控制系统代替分立电子元器件或单片机，实现了对井下供电系统的控制、保护和计量，具有性能好、性高、稳定性强和开发等特点。

另外值得注意的是LM3315模块的特点，本模块非常适合应用到馈电开关系统，可以满足在井下苛刻工作环境中的配电系统电量采集和保护要求。主要体现2个特点：

1、电量计算的功能

本模块可以通过采集三相电的电流、电压及各相电流之间的相位差，准确地计算出配电系统的总有用功率和总无功功率以及功率因数。

2、过流保护

LM3315模块对输入电流瞬时值进行监测，过流时直接通过模块芯片上硬件中断控制继电器动作，切断电流通路。

过流保护时间由以下3部分组成：T1：从过流信号加到输入端子，到该信号传输到AD输入端子，这部分时间主要为互感器的延时（互感器之后没有容性滤波电路），互感器延时约为15微秒，因此这部分延时不过0.02ms。T2：从过流信号加载到AD芯片IN+、IN-端子到该电流值被采集之后芯片引脚上输出保护控制信号，这段时间在5ms左右（程序里面每隔4.2ms查询一次）。T3：继电器动作时间。在上电后正常工作时继电器闭合，出现过流时，继电器再次释放（release），继电器释放时间为2ms（典型值）。

所以模块过流保护时间为T1+T2+T3<10ms，这在其它的PLC中是

1、 引言
触摸屏是一种新型可编程控制终端，是新一代高科技人机界面产品，适用于现场控制，性高，编程简单，使用维护方便。在工艺参数较多又需要人机交互时使用触摸屏，可使整个生产的自动化控制的功能得到大大的加强。
PLC有着运算速度高、指令丰富、功能强大、性高、使用方便、编程灵活、抗干扰能力强等特点。近几年，随着科学技术的不断进步，各行业对其生产设备和系统的自动化程度要求越来越高，采用现代自动化控制技术对减轻劳动强度、优化生产工艺、提高劳动生产率和降低生产成本起着很重要的作用。触摸屏结合PLC在闭环控制的变频节能系统中的应用是一种自动控制的趋势。
触摸屏和PLC在闭环控制的变频节能系统中的使用，可以让操作者在触摸屏中直接设定目标值（压力及温度等），通过PLC与实际值（传感器的测量值）进行比较运算，直接向变频节能系统发出运算指令（模拟信号），调节变频器的输出频率。并可实时监控到被控系统实际值的大小及变频器内的多个参数，实现报警、记录等功能。一般PLC结合触摸屏的闭环调节的变频节能系统如下图所示。

2、 闭环控制的变频节能系统用途很广，各种场合的变频节能系统的拖动方式及控制方式各有不同，具体应用时应根据实际情况选择设计。下面列举一些：
空调节能：冷冻泵、冷却泵、主机、却塔风机、风机盘管等。
恒压供水：水厂一、二级泵，供水管网增压泵、大厦供水水泵等
锅炉：引风机、送风机、给水泵等，变频节能系统的控制调节预处理信号由锅炉自动控制系统、DCS或多冲量控制系统给出。
汽轮机：循环泵、凝结泵等，其控制调节预处理信号由汽轮机自动控制系统及DCS给出。
纯水处理系统：软化水泵、增压泵等。
洁净室：增压风机、FFU等等。
3、 整个闭环控制的变频节能系统的组成设备及其作用：
(1)PLC选用SIEMENS公司的S7-200系列：由CPU224XP、DI/DO模块、AI/AO模块组成。PLC作为控制单元，是整个系统的控制。其主要的作用要体现以下几方面：
①完成对系统各种数据的采集以及数字量与模拟量的相互转换。
②完成对整个系统的逻辑控制及PID调节的运算。
③向触摸屏提供所及处理的数据，并执行触摸屏发出的各种指令。
④将PID运算的数据转换成模拟信号，作为调节变频器的输出频率的控制信号。
⑤通过通信电缆及USS4协议完成对变频器内部参数读写及控制。
(2)触摸屏采用SIEMENS公司MP370： 其主要作用如下:
①可实时显示设备和系统的运行状态。
②通过触摸向PLC发出指令和数据,再通过PLC完成对系统或设备的控制。
③可做成多幅多种监控画面，替代了传统的电气操作盘及显示记录仪表等，且功能加强大。
(3)变频器：采用SIEMENS公司440系列，通过USS4协议可由触摸屏通过PLC设置其内部的部分参数，根据PLC发送过来的数据（模拟量）值调节水泵或风机的转速，并将其内部运行参数反馈到PLC。
(4)压力、温度等传感器：将被控制系统（水系统或风系统）的实际参数值转变成电信号上传至PLC。
(5)电气元件：给PLC、触摸屏、变频器及传感器等供电，完成各种操作及驱动等。
4、 触摸屏画面设计
触摸屏画面由ProTool等软件进行设计，然后先通过编程电脑调试，合格后再下载到触摸屏。触摸屏画面总数应在其存储空间允许的范围内，各画面之间尽量做到可相互及强制切换。
（1）主画面的设计
一般的，可用欢迎画面或被控系统的主系统画面作为主画面，该画面可进入到各分画面。各分画面均能一步返回主画面。若是将被控主系统画面作为主画面，则应在画面中显示被控系统的一些住要参数，以便在此画面上对整个被控系统有大致的了结。
（2）控制画面的设计
该种画面主要用来控制被控设备的启停及显示变频器内部的参数，也可将变频器参数的设定做在其中。该种画面的数量在触摸屏画面中占的多，其具体画面数量由实际被控设备决定。
（3）参数设置页面的设计
该画面主要是对变频器的内部参数进行设定，同时还应显示参数设定完成的情况，实际制做时还应考虑加密的问题。
（4）实时趋势页面的设计
该画面住要是以曲线记录的形式来显示被控值、变频器的主要工作参数（如输出频率）等的实时状态。
（5）信息记录页面的设计
该画面主要是记录可能出现的设备损坏、过载、数值范围和系统急停等故障。另外该画面还可记录各设备启停操作，作为凭证。
（6） 节能画面的设计
该画面主要是记录和显示变频器的累积用电数及实时节电状态，以便向用户展示变频节能的好处，也可用来与其它的节电测量作比较。
5、 PLC程序设计
PLC程序由S7-200编程软件进行设计，然后通过编程电脑下载到PLC进行联机调试，合格后即可使用。PLC在编程前应先对各功能程序段的进行规划，以免重复使用同一，造成误动。
（1）逻辑功能的设计
这部分程序主要是完成各变频器、水泵（或风机）的启动停止、联动、联锁及自动投切等等功能，一般在离线状态下就能完成软件逻辑功能的测试。
（2）PID功能的设计
通过S7-200中的PID向导可完成PID调节程序，具体应用时需根据实际被控设备及采样设备决定其配置。
（3）采样程序的设计
采样元件使用标准配置时，应注意采样A/D转换后的具体数据是否与PID及显示等程序配套，实际制做时还应考虑采样是多路且相关联的情况。
（4）PLC与变频器通信程序的设计
SIEMENS S7-200PLC与SIEMENS 430等变频器的通信一般使用USS4协议程序来完成，该程序的主要目的是监控变频器的实时运行状态。
（5）其它辅助程序的设计
PLC程序在实际编程过程中，需考虑对一些程序进行修补，尽量减少程序漏洞，反复推敲，不断的总结完善。
结束语
在闭环控制的变频节能系统中采用触摸屏可以使用户简单直观监控整个空调变频节能系统及与其相关联的设备和系统，提高了整个被控系统以及企业的自动化程度和硬件档次。随着微电脑技术的不断发展，触摸屏本身的成本也在不断的降低，再与PLC在系统中使用，实现了整个被控系统自动化程度的质的飞跃，这必将使触摸屏与PLC被多的应用在未来的各种生产系统中，并成为自动化控制发展的一个亮点。

f、   报警功能：按照要求将有关故障均进行现场蜂鸣报警，并上传至CPU315-2DP中以便中控室进行记录和处理。