用感应开关对矿井提升机进行高程测量
2016-05-12李超颖
李超颖
(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)
用感应开关对矿井提升机进行高程测量
李超颖
(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)
高程测量在现代化矿机提升机中发挥着重要的作用，能否精准地进行高程测量关系着提升机能否安全的运行在最佳工作状态，该文主要阐述用感应开关模拟旋转编码器进行提升机高程进行测量的方法。
高程测量；感应开关；旋转编码器
0 引 言
矿井提升机是矿山行业最常用的设备之一，提升机运行时，卷筒高程是非常重要的参数，通过该参数可以检测提升机的运行状态，提升容器的实际位置，进而精确地控制提升机的运行。现有技术是通过旋转编码器或测速发电机进行检测，但部份提升机电控改造时，卷筒侧不具有编码器接口，从而无法安装旋转编码器，而且编码器造价高，受干扰可能性大，而测速发电机测量精度太低，不能满足控制要求。
1 矿井提升机工作原理
电机经减速机带动钢丝绳滚筒,收放钢丝绳。通过拖动装置来控制电机的转动的方向和速度，要求主要是滚筒转速即钢丝绳运动速度、方向和制动系统的安全可靠性。
2 旋转编码器工作原理
光电码盘有A、B、Z三相输出，A相和B相输出占空比为50 %的方波。A、B 2组脉冲相位差90°，从而可方便地判断出旋转方向，码盘每旋转一周，A相和B相输出固定数目的脉冲。当码盘正向旋转时(cw)，A相比B相超前1/4个周期；当码盘反向旋转时(ccw)，B相比A相超前1/4个周期。计数过程由可编程计数器或微处理器内部定十数器实现计数，当需控制的电机数量较多时，采用FPGA实现会更为简单。而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。
3 硬件系统
控制系统采用两门子 S7-300系列 PLC，CPU采用 315-2PN/DP。S7-300控制系统采用开放和通用的以太网、TCP/IP技术的自动化体系结构，提供开放式OPC数据接口，通过以太网、TCP/IP技术与上级管理系统相连实现与生产管理系统的连接，分享数据，协同工作。
感应开关采用奥托尼克斯公司的 PRT18-8DO接近开关，接近开关是与运动部件无机械接触而能动作的位置开关，亦称无接触开关或无触点行程开关。它可通过运动的金属体接近开关感应面，无接触压力自动发出检测信号，以驱动继电器或逻辑电路。因其具有体积小、频率响应快、重复精度高、工作电压范围宽、抗干扰性能好、无机械磨损、无火花、无噪声、耐振动以及安装调试方便使用、寿命长等特点。
4 感应开关高程测量系统
在卷筒连接轴处安装90°的弧形铁板，用感应开关检测铁板的两端，见图1。来模拟旋转编码器的A、B相输出，A相和B相输出占空比为50%的方波。当卷筒正向旋转时(cw)，A相感应开关输出脉冲信号到PLC，待卷筒正向旋转90°B相感应开关再输出脉冲到PLC，此时PLC程序增加高程值；当码盘反向旋转时(ccw)，A、B相感应开关输出顺序反之；PLC程序减少高程值；卷筒每旋转一周，A相和B相输出4个的脉冲。PLC程序通过感应开关脉冲的先后顺序、数量、频率计算得出提升机的实际高程及运行速度、方向，见图2。
图1 感应开关安装图
图2 接线图
5 程 序
A "BMQ-A"
FP "JT1_MC1"
= "MC11_SSY"
检测卷筒A相接近开关有上升沿输出
AN "BMQ-A"
FP "JT1_MC2"
= "MC12_XJY"
检测卷筒A相接近开关有下降沿输出
A "BMQ-B"
FP "JT2_MC1"
= "MC21_SSY"
检测卷筒B相接近开关上升沿输出
AN "BMQ-B"
FP "JT2_MC2"
= "MC22_XJY"
检测卷筒B相接近开关下降输出
A "S10-GCFW1"
A "S11-XGJHF"
JNB _001
L 0.000000e+000
T "JT_SD"
_001: NOP 0
对齐井底对高程下校准
A "S10-GCFW2"
A "S11-SGJHF"
JNB _002
L -8.696780e+003
T "JT_SD"
_002: NOP 0
对齐井口对高程上校准
A(
A "MC11_SSY"
AN "BMQ-B"
O
A "MC12_XJY"
A "BMQ-B"
O
A "MC21_SSY"
A "BMQ-A"
O
A "MC22_XJY"
AN "BMQ-A"
)
JNB _003
L "JT_SD"
L 1.000000e+000
-R
T "JT_SD"
_003: NOP 0
以上几种动作，都视为卷筒正转，从而数字高程进行增加。
A(
A "MC21_SSY"
AN "BMQ-A"
O
A "MC22_XJY"
A "BMQ-A"
O
A "MC11_SSY"
A "BMQ-B"
O
A "MC12_XJY"
AN "BMQ-B"
)
JNB _004
L "JT_SD"
L 1.000000e+000
+R
T "JT_SD"
_004: NOP 0
以上几种动作，都视为卷筒反转，从而数字高程进行减少。
A(
L "JT_SD"
L 4.978854e-002
*R
T #gc1_1
AN OV
SAVE
CLR
A BR
)
JNB _005
L #gc1_1
L "Schneider".JKGD
+R
T "Schneider".SJGC
_005: NOP 0
通过计算将每个脉冲的变化距离复制给程序，从而程序可以精确的计算得出卷筒现在的高度和实际高程。
AN M 12.0
JNB _006
L "JT_SD"
T "Schneider".DDYBC
_006: NOP 0
A M 12.0
L S5T#1S
SD "T-36"
NOP 0
NOP 0
NOP 0
A "T-36"
R M 12.0
A M 0.5
FP "1S_mczj"
= "1S_MC"
计算出每一秒接近开关的脉冲变化数，再根据每个脉冲的变化计算出卷筒的速度。
A "1S_MC"
JNB _007
L "Schneider".SJGC
L #gc1
-R
T #gc2
_007: NOP 0
A "1S_MC"
JNB _008
L "Schneider".SJGC
T #gc1
_008: NOP 0
L #gc2
L 0.000000e+000
==R
= "Speed_0"
判断卷筒速度是否为零，如果为零通过拖动装置输出零速转矩，以确保卷筒不滑动。
L #gc2
L 4.226183e-001
/R
T "Schneider".SPEED_JT
NOP 0
CALL "I->R"
Input_I:="S_Speed"
Output_R:=#speed1
NOP 0
CALL "I->R"
Input_I :="S_Speed"
Output_R:="Schneider".SPEED_MOT
NOP 0
L #speed1
L 2.000000e+004
/R
T #speed4
NOP 0
L #speed4
L 6.440265e+000
*R
T #speed2
NOP 0
检测装置通过PRIFIBUS通讯传递来的数值，再根据计算得出电机的转速，然后和接近开关检测到的卷筒速度进行比较，如有偏差再进行后期程序处理，以保证提升机安全可靠的运行。
L "Schneider".SPEED_JT
L #speed2
-R
T #speed3
NOP 0
A(
A(
O(
L #speed3
L 1.000000e+000
>R
)
O(
L #speed3
L -1.000000e+000
) ) L S5T#2S SD T 35 NOP 0 NOP 0 NOP 0 A T 35 ) AN "S15-AQJS" S "GZ_CSBMQ" A "S8-GZFW" R "GZ_CSBMQ" 如偏差值过大，则视为该系统的测速功能出现故障，系统会自动停机，待把故障排除后，才能重新运行提升机，以确保提升机的安全性。 高程的测量值对于提升机的运行是至关重要的参数，用旋转编码器进行测量，造价高、抗干扰能力差；用测速发电机进行测量，测量精度太低达不到控制要求；改用感应开关进行测量，测量精度远远大于测速发电机的测量值，而且造价低，安装方便，基本不受外环境的影响，进而达到精确、安全的控制提升机运行的目的。 [1] 宋苗苗.接近开关在自动化控制中的应用[J].中国科技期刊数据库工业C，2015(42)：216-217. [2] 郑华，陆景宝，常海斌.卷扬机自动化系统的设计与实现[J].自动化应用，2014(8)：42-43. [3] 张建财.提高提升绞车PLC 电控系统可靠性的改进措施[J].能源与环境，2015(3)：42-43. [4] 张伟.通过S7-200高速计数器和编码器进行定位控制[J].新疆有色金属，2015(6)：92-94. [5] 刘荣荣.基于PLC的位置控制系统的设计[J].自动化与仪器仪表，2014(12)：91-93. Height Measurement for Mine Hoist with Induction Switch LI Chaoying (Kunming Engineering & Research Instituteof Nonferrous Metallurgy Co., Ltd., Kunming 650051, China) Height measurement plays an important role in the modernization of mine hoist. The precise height measurement affects the safe running of hoist in the best working state. This paper describes the main methods of measuring the hoist height by simulating the rotary encoder with induction switch height measurement; induction switch; rotary encoder 2016-02-22. 李超颖(1987-)，男，上海人，助理工程师.主要研究方向：电气设计. TD63+ B 1004-2660(2016)01-0047-046 结 语
