矿井提升机卷径计算

曲建平

(中钢集团山东矿业有限公司)

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矿井提升机卷径计算

曲建平

(中钢集团山东矿业有限公司)

提升机经过一段时间运行后，主滚筒摩擦衬垫会逐步磨损，卷筒直径变小，造成计算机计算深度与提升容器的实际位置出现偏差，影响提升机运行的稳定性、可靠性。为此，从编码器的信号采集与脉冲当量的校正方面进行了分析探讨，详细介绍了矿山提升机卷径计算的工作原理及实现途径。

卷径计算 编码器 高速计数模块 脉冲当量 提升机

矿井提升机钢丝绳在使用过程中，由于钢丝绳蠕动、扭转和张力不平衡等现象对衬垫的磨损[1]，引起滚筒直径变小，提升容器行走全程所需要的滚筒转数增多，编码器产生的脉冲数量增加，对提升机的运行性能造成如下影响：①PLC计算深度与提升容器在井筒中的实际位置出现偏差；②减速点前移，造成提升机提前减速；③提升机2 m/s定点检测提前投入，造成定点超速故障；④导向轮编码器产生脉冲数量与主滚筒编码器产生脉冲数量出现偏差；⑤PLC计算速度大于提升机的实际运行速度，提升机运行效率降低；⑥安全保护参数设置出现偏差，安全系数降低；⑦数字深度指示与实际提升高度不符。

为确保提升设备运行的安全性和稳定性，需快速、方便、准确地校正脉冲当量。通过对系统软件的编程优化，自动计算出脉冲当量，并赋值到软件控制系统中，以提高提升机系统的运行性能。

1 系统硬件配置

采用西门子CPU315-2DP作为控制系统的核心，负责系统的中央控制、存储并执行程序、数据处理[2]。S7-300可编程控制器使用FM350-1高速计数模块，主要用于高频信号计数和对于预先确定的计数器状态的快速响应触发，FM350可以实现周期计数、单次计数、连续计数和频率、转速、周期的测量，可以连接源型、漏型以及推挽式接口的编码器[3]。SIMATIC 300系统硬件配置如图1所示。

FM350-1在前连接器处提供5 V或24 V编码器信号、编码器电源、数值量输入信号、数字量输出信号[3]。编码器与FM350接线如图2所示，接线端子3和5为编码器提供DC24 V电源，接线端子6和8采集编码器脉冲信号。

图1 系统硬件配置

图2 编码器硬件接线

2 编码器信号的采集处理

编码器输出高速脉冲是通过光电转换，将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，目前应用最多。光电编码器由光栅盘和光电检测装置组成，光栅盘在一定直径的圆板上等分开通若干个长方形孔。由于光电码盘与提升机主滚筒同轴，电动机旋转时，光栅盘与主滚筒轴同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号[4]。脉冲当量是指轴脉冲编码器输出一个脉冲提升容器所经过的行程，是深度指示、系统运行控制及连锁保护参数设置的基础。由井筒深度及提升容器经过全部行程的总脉冲数可得脉冲当量：

δ=H/n，

(1)

式中，δ为脉冲当量，m/脉冲；H为提升高度，m；n为总脉冲数。

由式(1)可知，脉冲当量与PLC计算井筒深度成正比，与总脉冲数成反比。当主滚筒直径变小，总脉冲数增加，而脉冲当量为定值，则PLC计算井筒深度将增大，造成软件减速点动作超前于井筒磁开关减速点。井筒中虽然有同步开关定点对数值进行校正，但校正点后的深度数值也会产生误差，对2 m/s 定点检测的投入、停车点位置、过卷保护等产生影响。

系统安装FM350驱动程序后，PLC控制软件系统会自动生成FC0(CNT-CTRL)计数控制功能块、FC1(DIAG-INF)诊断中断信息功能块、数据块DB1和DB2等。在程序中创建UDT1和插入DB1数据块，设置DB1块属性与UDT1相关联，DB数据块与UDT的关联属性如图3所示。

图3 DB数据块与UDT的关联属性

软件系统调用FC0，软件控制编程如下：

CALL “CNT_CTRL” FC0 //FM350功能块

INO:=1 DB1 //FM350数据块

IN1：=TRUE

IN2：=FALSE

IN3：=FALSE

OUT4：=M99.0

I05：=M99.1

I06：=M66.2

I07：=M99.3

I08:=M99.4

I09:=M99.5

I010：=M99.6

DB1数据块中DB1.DBD34即是用户读取的高速计数值的地址；DB1.DBD14即是用户装载数据地址。

3 卷径计算编程设计

在卷径计算执行前必须将提升容器提升到井口停车位，将卷径计算钥匙开关转换到“卷径计算”位置，I12.6动作，软件自动禁止井筒深度校正，通过修改DB1.DBD14中的参数，将DB1.DBD34中的脉冲数值置为“0”，用0.5 m/s速度慢速下放提升容器到下停车位，中间禁止无故停车。到下停车位置后，程序自动计算出提升容器全程运行后编码器所产生的脉冲数，根据式(1)计算出实际脉冲当量，将计算后的脉冲当量数值赋予软件控制系统中。脉冲当量自动计算程序如下：

程序段1：

A I12.6 “卷径计算钥匙开关”

A M9.0 “0.5m/s”

= M100.6 “卷径计算允许”

程序单2：

A M100.6 “卷径计算允许”

= L 24.0

A L 24.0

A I58.5 “井口停车磁开关”

FP M133.1

JNB -001

L DB1.DBD 34

T DB11.DBD 128

-001：NOP 0

A L 24.0

A I96.1 “井底停车磁开关”

FP M133.2

JNB -002

L DB1.DBD 34

T DB11.DBD 132

程序段3：

A M100.6 “卷径计算允许”

A I96.1 “井底停车磁开关”

= L 24.0

A L 24.0

JNB -003

L DB11.DBD 128

L DB11.DBD 132

-D

T DB11.DBD 136

-003：NOP 0

A L 24.0

L S5T#50MS

SD T 65

NOP 0

NOP 0

NOP 0

NOP 0

程序段4：

L DB1.DBD 34

L DB11.DBD 128

L DB11.DBD 132

L DB11.DBD 136

DTK

L 5.100000e+002

TAK

/R

T #TEMP0

程序段5：

A M100.6

A M26.0

A T 65

JN3 -004

L #TEMP0

T DB11.DBD 140

-004：NOP 0

程序段6：

L #TEMP0

L DB11.DBD 140 //卷径计算后产生的实际脉冲当量存储地址

4 结 语

经过PLC对提升机控制系统脉冲当量的自动计算，可方便地调整因主滚筒衬垫磨损对系统运行所造成的影响，降低了平时技术人员对系统参数维护的工作量，提高了系统运行的稳定性及可靠性。

[1] 徐德魁.多绳提升钢丝绳与摩擦衬垫的分析[EB/OL].(2012-10-02)[2014-11-19].http://wenku.baidu.com/link?url=cZMDHNz8uHshJ6tGdxdnHfvr7M-fR7VphQcYvy4dhTeaXrSbMcxFyPXzhbk0wz2nHnA3dK1XyWcpSH0GNQhQnbMvNYfAtMM3r9fxP4R7 Ikq.

[2] 张运刚.宋小春.郭武强.西门子S7-300/400PLC技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[3] 西门子(中国)有限公司.FM350-1工作原理[EB/OL].(2010-09-07).[2014-11-19].http:∥wenku.baidu.com/link?url=uBNI3VuHmnwpS2hD8OAw 3IvxxFIlOgWc7-oddSgh7CWNRN4U2ENZkiJnLvYR5SxZS2GSc2Ji JERo1cAsSin9BhDAPH0rCaqRt7cPL_r9v3O.

[4] 孔凡才.自动化控制系统及应用[M].北京：机械工业出版社，2000.

Calculation on the Coil Diameter of Mine Hoist

Qu Jianping

(Sinosteel Shandong Mining Co., Ltd.)

After a period of time of mine hoist running, the main roller friction liner will gradually wear and the drum diameter will become smaller, the errors between the depth value calculated by computer and the real location of hoist vessel is appeared. So, the stability and reliability of hoist are affected by the errors, it is necessary to make adjustment and correlation of the pulse equivalent. The application situations of the process of signal collection and processing of encoder and correlation of pulse equivalent are analyzed, besides that, the working principle and implementation way of the calculation of coil diameter of mine hoist are also discussed.

Calculation of coil diameter, Encode, High speed counting module, Pulse equivalent, Hoist

2014-11-17)

曲建平( 1968—)，男，工程师，277713 山东省临沂市兰陵县鲁城乡。