基于plc的变频器绞车系统及其控制方法
【专利摘要】本发明的基于PLC的变频器绞车系统，包括控制台、电抗器、变频器、电机和绞车，煤矿巷道内均匀布设有中继器、手持机、急停控制箱和声光信号器，中继器通过泄漏电缆连接后与控制台相通讯。控制方法包括：a)密码设置；b)识别卡设置；c)密码校验；d)判断识别卡；e)整流单元是否起动；f)判断故障；g)选择控制方式；h)绞车起动和运行；i)超速判断；j)判断停车；k)停车控制；l)绞车司机停车。本发明的绞车系统和控制方法，通过密码和识别卡信息的双重保障，非操作人员不能起车；手持机和急停控制箱均可实现应急停车，同时通过声光报警和故障记忆功能，便于查找分析故障点，为社会带来较大的经济和社会效益。
【专利说明】基于PLC的变频器绞车系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于PLC的变频器绞车系统及其控制方法，更具体的说，尤其涉及一种工作人员可进行无线通话和远距离停车的基于PLC的变频器绞车系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着近年来人们对节能环保的要求，变频器在煤矿井下已经得到广泛应用，主要体现在压风机、通风机、提升设备、绞车、胶带输送机等无极调速方面的应用。使用变频器可以降低电力线路电压波动、减少对电网冲击，并具有可调的加速功能、运行速度和转矩极限、受控的停止方式、可控的电机启动电流、可逆运行控制以及减少煤矿机械设备的磨损，可有效降低成本、提高系统稳定性。应用在提升设备、绞车中不仅可减少该设备在起动过程中钢丝绳的拉力及卷绳筒和改向轮所承受的力，而且在下放过程中若不采用变频器，则势能会转化热能而浪费，还会缩短设备使用寿命；现在变频器可将这部分由势能转化的电能反馈电网，做到了节能及势能再度利用。
[0003]变频器是高压设备，当前矿用变频器电压为630VU140V，有些已达到3300V，尽管煤矿机构已经对操作人员进行了安全规范培训，但是仍有人员会由于各种原因而忽视安全操作规程，进而导致事故的发生，对人身安全造成威胁。为了能够更好地发挥变频器的优点又不对煤矿操作人员的人身安全产生威胁，所以发明了一种基于S7-1200PLC来解决煤矿井下对变频器控制及各种保护功能的方法。符合了煤矿安全生产要求，减少了 “高投入、低产出”现象，顺应了国家对节能环保要求。
【发明内容】
[0004]本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种基于PLC的变频器绞车系统及其控制方法。
[0005]本发明的基于PLC的变频器绞车系统，包括控制台、电抗器、变频器、电机和绞车，控制台具有采集、运算、通讯和控制功能，控制台通过变频器对电机的运行进行控制，电抗器对变频器进行过电压保护和防浪涌冲击，控制台实时监测变频器的运行状态，绞车上设置有速度传感器；煤矿巷道内设置有轨道；其特别之处在于:煤矿巷道内均匀布设有中继器、手持机、急停控制箱和声光信号器，中继器通过泄漏电缆连接后与控制台相通讯，手持机通过中继器实现与控制台的无线通话和绞车急停控制；声光信号器设置于岔道上，起路灯和提醒作用；急停控制箱上设置有控制绞车停止运行的急停按钮。
[0006]本发明的基于PLC的变频器绞车系统及其控制方法，所述轨道的首部和尾部均设置有过卷开关，过卷开关与控制台相连接。
[0007]本发明的基于PLC的变频器绞车系统的控制方法，其特别之处在于，通过以下步骤来实现:a).密码设置，初次使用时对控制台的密码进行设置，将密码修改为操作人员容易记忆的密码，执行步骤b) ；b).识别卡设置，选择是否使用识别卡，如果选择使用识别卡，则录入具有绞车操作资格的人员的识别卡号信息，以便识别绞车司机的身份；如不使用识别卡，则无需录入识别卡信息；C).密码校验，使用过程中，首先对工作人员输入的密码进行校验，并判断密码的正确性，如果密码正确，则执行步骤d);如果密码不正确，则不允许下一步操作，等待重新输入密码；d).判断识别卡信息，通过扫描工作人员佩戴的识别卡，获取识别卡信息，并判断读取的识别卡信息是否存在于录入的识别卡信息中，如果存在，则表明该工作人员为绞车司机，执行步骤e);如果不存在，则重新扫描识别卡信息；e).整流单元是否起动，判断绞车司机是否将电抗器打开，如果电抗器被打开，则执行步骤f);如果电抗器没有打开，则等待工作人员打开电抗器；f).判断是否存在故障，通过检测绞车沿线状态及变频器状态，判断其是否存在故障，如果存在故障，则跳至步骤c);如果不存在故障，则执行步骤g) ;g).选择控制方式，绞车司机根据实际情况选择变频器的控制方式，如果选择为自动控制，则变频器按照恒定速度起动绞车，绞车起动后按照设定的速度运行；如果选择为手动控制，变频器在调节手柄的控制作用下起动绞车，使绞车运行至实际需求速度；h).绞车起动和运行，绞车起动过程中，控制台控制急停控制箱发出“变频器准备起动”的语音报警信号，并通过声光信号器发出红色灯光信号；绞车起动后正常运行的过程中，声光信号器发出“正在行车，禁止行人”的语音报警信号和红色报警信号，以避免人员进入行车巷道；i).超速判断，控制台根据绞车上速度传感器测出的速度，判断绞车的行驶速度是否超速，如果超速，则自动停止变频器的运行，同时通过急停控制箱发出由于超速导致停车的语音信息，以便工作人员及时查明故障原因并维修；j).判断是否出现停车状况，在变频器控制绞车运行的过程中，如果巷道中出现了必须停车的状况，巷道内的工作人员通过按下急停控制箱上的急停按钮或手持机上的急停按钮，发送停车信号至控制台，执行步骤k) ； k).停车控制，控制台接收到急停控制箱或手持机发送的停车信号后，自动停止变频器的运行，实现停车；如果是通过手持机进行的停车，则通过急停控制箱发出通过手持机停车的相关语音，如果是通过急停控制箱发出的停车信号，则通过急停控制箱发出通过急停控制箱停车的相关语音；同时声光信号器红色灯光报警信号变为绿色，并对变频器停车的时间、原因进行记录；I).绞车司机停车，如果绞车具备了正常停车的条件，绞车司机通过按下控制台上的停止按钮，停止变频器的运行。
[0008]本发明的基于PLC的变频器绞车系统的控制方法，步骤a)中录入的信息还包括巷道内轨道的长度、超速值、脉冲个数和皮带轮的周长。
[0009]本发明的有益效果是:本发明的基于PLC的变频器绞车系统，设置有变频器、控制台和电抗器，通过变频器对绞车运行的控制，实现了绞车电机的平稳起动，降低了对电网的冲击；通过在巷道内设置中继器，使得手持机通过中继器可实现与控制台的无线通讯，不仅具有语音通话和打点功能，而且当巷道内出现危险状况时，工作人员可直接通过手持机停止绞车的运行，实现了紧急情况下的及时停车，避免了危险事故的发生；通过在巷道内设置急停控制箱，工作人员不仅可通过急停控制箱来停止绞车的运行，而且通过急停控制箱发出的语音信号，可快速判断出绞车急停的故障所在，以便及时维修；通过在巷道内设置声光报警器，在绞车运行和故障发生时可产生相应的声光报警信号，最大限度地保证了绞车运行安全。
[0010]本发明的基于PLC的变频器绞车系统的控制方法，采用密码校验和识别卡信息校验双重验证方式，做到了非合法人员不能起车，保障了绞车的安全运行。当巷道内出现了影响矿车安全运行的状况后，巷道内的工作人员可通过急停控制箱或手持机上的急停按钮来直接关闭变频器，停止绞车的运行，实现了及时停车，避免了危险事故的发生；同时还可通过急停控制箱和声光信号器发出相应的语音和灯光报警信号，不仅可避免行车时人员进入巷道，而且还便于查找和分析故障点，对出现故障的绞车及时维修。本发明的基于PLC的变频器绞车系统和控制方法，为社会带来较大的经济效益和社会效益，有益效果显著，便于应用推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的基于PLC的变频器绞车系统的原理图；
图2为本发明的基于PLC的变频器绞车系统的控制方法的流程图。
[0012]图中:I控制台，2电抗器，3变频器，4电机，5轨道，6绞车，7中继器，8手持机，9过卷开关，10急停控制箱，11声光信号器。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0014]如图1所示，给出了本发明的基于PLC的变频器绞车系统，其包括控制台1、电抗器
2、变频器3、电机4、绞车6、中继器7、手持机9、急停控制箱10以及声光报警器11，所示的控制台I实现对电抗器2和变频器3的控制，并可实时监控变频器3的工作状态。控制台I具有信号采集、数据运算、通信和输出控制功能，在电抗器2的作用下，可实现对变频器3的过电压保护和防浪涌冲击。变频器3在控制台I的控制作用下实现电机4的平稳启动，以带动绞车6运行。
[0015]所示的轨道5设置于煤矿巷道内，绞车6对轨道5上的矿车进行牵引作业。中继器7在巷道内均匀设置，中继器7通过泄漏电缆连接后与控制台I进行通讯，手持机8在中继器7的作用下可实现与控制台I的无线通话功能，并可通过手持机8停止正在运行的绞车，同时手持机8还具有打点功能，巷道内工作人员可随时随地通过手持机8联系控制台I的操作人员。所示的急停控制箱10和声光报警器11也均匀设置于巷道内，其通过通讯线相连接后，再与控制台I相连接；急停控制箱10上设置有急停按钮，可停止绞车的运行，并且在绞车发生急停时，急停控制箱10在控制台的控制作用下，可发出相应的语音故障报警信息，以便及时对设备维修。所示的轨道5的首部和尾部均设置有过卷开关9，以防止绞车6过卷。绞车6上还设置有速度传感器，以便控制台I实时检测绞车6的运行速度。
[0016]如图2所示，给出了本发明的基于PLC的变频器绞车系统的控制方法的流程图，其通过以下步骤来实现:
a).密码设置，初次使用时对控制台的密码进行设置，将密码修改为操作人员容易记忆的密码，执行步骤b)；
该步骤中，录入的信息还包括巷道内轨道的长度、超速值、脉冲个数和皮带轮的周长。由于煤矿巷道的长度不一样，需根据实际情况进行设定；在绞车运行时，当速度大于超速值时会自动停车并发出报警信息；在速度传感器采用霍尔速度传感器的情况下，需设置一周所对应的脉冲个数和皮带轮的周长，以便计算绞车速度；
b).识别卡设置，选择是否使用识别卡，如果选择使用识别卡，则录入具有绞车操作资格的人员的识别卡号信息，以便识别绞车司机的身份；如不使用识别卡，则无需录入识别卡信息；
c).密码校验，使用过程中，首先对工作人员输入的密码进行校验，并判断密码的正确性，如果密码正确，则执行步骤d);如果密码不正确，则不允许下一步操作，等待重新输入密码；
d).判断识别卡信息，通过扫描工作人员佩戴的识别卡，获取识别卡信息，并判断读取的识别卡信息是否存在于录入的识别卡信息中，如果存在，则表明该工作人员为绞车司机，执行步骤e);如果不存在，则重新扫描识别卡信息；
e).整流单元是否起动，判断绞车司机是否将电抗器打开，如果电抗器被打开，则执行步骤f);如果电抗器没有打开，则等待工作人员打开电抗器；
f).判断是否存在故障，通过检测绞车沿线状态及变频器状态，判断其是否存在故障，如果存在故障，则跳至步骤c);如果不存在故障，则执行步骤g);
g).选择控制方式，绞车司机根据实际情况选择变频器的控制方式，如果选择为自动控制，则变频器按照恒定速度起动绞车，绞车起动后按照设定的速度运行；如果选择为手动控制，变频器在调节手柄的控制作用下起动绞车，使绞车运行至实际需求速度；
h).绞车起动和运行，绞车起动过程中，控制台控制急停控制箱发出“变频器准备起动”的语音报警信号，并通过声光信号器发出红色灯光信号；绞车起动后正常运行的过程中，声光信号器发出“正在行车，禁止行人”的语音报警信号和红色报警信号，以避免人员进入行车巷道；
i).超速判断，控制台根据绞车上速度传感器测出的速度，判断绞车的行驶速度是否超速，如果超速，则自动停止变频器的运行，同时通过急停控制箱发出由于超速导致停车的语音信息，以便工作人员及时查明故障原因并维修；
j).判断是否出现停车状况，在变频器控制绞车运行的过程中，如果巷道中出现了必须停车的状况，巷道内的工作人员通过按下急停控制箱上的急停按钮或手持机上的急停按钮，发送停车信号至控制台，执行步骤k)；
k).停车控制，控制台接收到急停控制箱或手持机发送的停车信号后，自动停止变频器的运行，实现停车；如果是通过手持机进行的停车，则通过急停控制箱发出通过手持机停车的相关语音，如果是通过急停控制箱发出的停车信号，则通过急停控制箱发出通过急停控制箱停车的相关语音；同时声光信号器红色灯光报警信号变为绿色，并对变频器停车的时间、原因进行记录；
I).绞车司机停车，如果绞车具备了正常停车的条件，绞车司机通过按下控制台上的停止按钮，停止变频器的运行。
[0017]基于PLC的变频器绞车系统及其控制方法，通过变频器控制台来控制变频器，避开了变频器的高压危险，保证操作人员的人身安全；通过密码和识别卡信息的双重保障，做到了非操作人员不能起车。还具有故障记忆功能，便于查找分析故障点，有效缩短设备维修时间，为社会带来较大的经济和社会效益。
【权利要求】
1.一种基于PLC的变频器绞车系统，包括控制台(I)、电抗器(2)、变频器(3)、电机(4)和绞车(6)，控制台具有采集、运算、通讯和控制功能，控制台通过变频器对电机的运行进行控制，电抗器对变频器进行过电压保护和防浪涌冲击，控制台实时监测变频器的运行状态，绞车上设置有速度传感器；煤矿巷道内设置有轨道(5);其特征在于:煤矿巷道内均匀布设有中继器(7)、手持机(8)、急停控制箱(10)和声光信号器(11)，中继器通过泄漏电缆连接后与控制台相通讯，手持机通过中继器实现与控制台的无线通话和绞车急停控制；声光信号器设置于岔道上，起路灯和提醒作用；急停控制箱与控制台相通讯，急停控制箱上设置有控制绞车停止运行的急停按钮。
2.根据权利要求1所述的基于PLC的变频器绞车系统，其特征在于:所述轨道(5)的首部和尾部均设置有过卷开关(9)，过卷开关与控制台相连接。
3.一种基于权利要求1所述的基于PLC的变频器绞车系统的控制方法，其特征在于，通过以下步骤来实现: a).密码设置，初次使用时对控制台的密码进行设置，将密码修改为操作人员容易记忆的密码，执行步骤b)； b).识别卡设置，选择是否使用识别卡，如果选择使用识别卡，则录入具有绞车操作资格的人员的识别卡号信息，以便识别绞车司机的身份；如不使用识别卡，则无需录入识别卡信息； c).密码校验，使用过程中，首先对工作人员输入的密码进行校验，并判断密码的正确性，如果密码正确，则执行步骤d);如果密码不正确，则不允许下一步操作，等待重新输入密码； d).判断识别卡信息，通过扫描工作人员佩戴的识别卡，获取识别卡信息，并判断读取的识别卡信息是否存在于录入的识别卡信息中，如果存在，则表明该工作人员为绞车司机，执行步骤e);如果不存在，则重新扫描识别卡信息； e).整流单元是否起动，判断绞车司机是否将电抗器打开，如果电抗器被打开，则执行步骤f);如果电抗器没有打开，则等待工作人员打开电抗器； f).判断是否存在故障，通过检测绞车沿线状态及变频器状态，判断其是否存在故障，如果存在故障，则跳至步骤c);如果不存在故障，则执行步骤g); g).选择控制方式，绞车司机根据实际情况选择变频器的控制方式，如果选择为自动控制，则变频器按照恒定速度起动绞车，绞车起动后按照设定的速度运行；如果选择为手动控制，变频器在调节手柄的控制作用下起动绞车，使绞车运行至实际需求速度； h).绞车起动和运行，绞车起动过程中，控制台控制急停控制箱发出“变频器准备起动”的语音报警信号，并通过声光信号器发出红色灯光信号；绞车起动后正常运行的过程中，声光信号器发出“正在行车，禁止行人”的语音报警信号和红色报警信号，以避免人员进入行车巷道； i).超速判断，控制台根据绞车上速度传感器测出的速度，判断绞车的行驶速度是否超速，如果超速，则自动停止变频器的运行，同时通过急停控制箱发出由于超速导致停车的语音信息，以便工作人员及时查明故障原因并维修； j).判断是否出现停车状况，在变频器控制绞车运行的过程中，如果巷道中出现了必须停车的状况，巷道内的工作人员通过按下急停控制箱上的急停按钮或手持机上的急停按钮，发送停车信号至控制台，执行步骤k); k).停车控制，控制台接收到急停控制箱或手持机发送的停车信号后，自动停止变频器的运行，实现停车；如果是通过手持机进行的停车，则通过急停控制箱发出通过手持机停车的相关语音，如果是通过急停控制箱发出的停车信号，则通过急停控制箱发出通过急停控制箱停车的相关语音；同时声光信号器红色灯光报警信号变为绿色，并对变频器停车的时间、原因进行记录； I).绞车司机停车，如果绞车具备了正常停车的条件，绞车司机通过按下控制台上的停止按钮，停止变频器的运行。
4.根据权利要求3所述的基于PLC的变频器绞车系统的控制方法，其特征在于:步骤a)中录入的信息还包括 巷道内轨道的长度、超速值、脉冲个数和皮带轮的周长。
【文档编号】B66D1/54GK104071717SQ201410296428
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】杨爱兰, 宋照岭, 孔峰 申请人:山东世纪矿山机电有限公司