无定重主井提升称重系统的研究

1 装载控制系统

目前的装载控制系统是在人工手动方式下运行，操作误差大，易发生超重和重装事故。随着矿井机械化水平的不断提高，手动操作已经远远不能满足矿井的提升要求，主井装载系统成为制约矿井生产的关键环节。

1.1 利用可编程控制器（PLC）实现系统的自动控制

本系统采用小型PLC作为系统的运算控制核心，并采取了若干特殊的集成方法和信号测量方式。

在系统硬件运行的过程中，充分发挥了PLC的运算控制能力，并对端口实施了改造，实现较为复杂的控制功能，如显示A/D转换的控制等，从而减少了外围电路，提高了整个系统的可靠度和经济性。

1.2 系统控制参数

通过流程分析，可以总结出装载控制系统需要用到的控制参数。

（1）左右箕斗的井下到位开关量（2个），用于判断箕斗是否井下到位；

（2）给煤机的开关量（2个），启动或关闭给煤机；

（3）左右挡板到位开关量（2个），控制给煤机的给煤流向；

（4）左右称重斗的模拟重量信号（2个）；

（5）左右称重斗的扇形门开关量（2个），用来开启或关闭扇形门；

（6）扇形门到位开关量（2个），用来判断扇形门是否关闭；

（7）井口煤仓仓满信号（2个）。

1.3 装载提升流程各环节的控制策略

整个装载提升流程，可分为称重、装载、提升和卸载四个环节。

称重与称重过程相关的设备有给煤机、挡板和称重斗。

称重的条件可归纳为：称重斗为空，对应的扇形门关闭，两箕斗不到位，挡板到位。称重时，控制系统根据称重斗的重量信号判断它是否已装到额定重量，满足条件时关闭给煤机开关。

1.4 箕斗装载

与装载过程相关的设备有称重斗、扇形门和箕斗。装载控制需要用到的控制参数有：

（1）箕斗井下到位开关量（1个）；

（2）给煤机的开关量（2个）；

（3）扇形门开关量（1个）；

（4）称重斗的模拟重量信号（1个）。

装载的条件可归纳为：给煤机关闭，称重斗已装好煤，对应的箕斗为空并且到位。控制系统在打开扇形门向箕斗装煤时，应根据称重斗的重量信号判断称重斗是否卸完，一旦卸完便关闭扇形门。对称重斗是否卸完煤的判断方法，采用的是残余煤重量加卸煤时间控制法，即在限定时间内，若残煤小于指定重量，便可停止装载，若超过限定时间，即使残煤不满足要求，仍停止装载。

1.5 提升信号控制

在箕斗装载完毕后，控制系统发出提升信号，提升机根据在提升信号的指示下，将重箕斗提升至井口，同时实现空斗的下放。提升信号的发送条件是装载完毕，扇形门关闭。若出现以下三种情况，控制系统应禁止发出提升信号：

（1）正进行装载；

（2）箕斗严重超重（超过额定值的20%）；

（3）井口煤仓已满。

若出现后两种情况，控制系统应及时发出报警信号，在故障排除后才能人工解除报警，实现提升信号的发送。

1.6 卸载

箕斗到达井口后，自动打开卸煤闸门，将其中的煤卸入井口煤仓。利用箕斗的井下到位开关，控制系统即可判知另一箕斗是否卸载。

2 定重装载控制系统的实现

本系统的井下部分从硬软件角度，可分为压力发生器和压力变送器，可编程控制器端口分配及其软件的编写，转换电路板几个部分。

2.1 压力发生器和压力变送器的使用

压力发生器和压力变送器作为系统的传感部分，完成了称重斗重量信号的发生和变送功能。

压力变送器位于井底硐室，硐室内较好的环境保证了压力变送器的可靠工作。

在使用时，首先应确定空斗重量和额定煤重及其对应的A/D值，并将它们保存在PLC指定的存储单元里。

2.2 可编程序功能设计

为了保证控制系统的可靠性，系统设置了手动热备分。正常情况下，系统工作在自动状态，当当装载系统不能满足自动工作条件时（如到位开关失灵、传感器工作不正常等），可把系统切换到手动工作状态。设置手动/自动切换开关，利用它来选择控制系统的工作状态。

（1）定重设定，系统利用定重设定功能用来确定称重斗的额定装载重量。为此，设置了设定开关和设定电位器，两者配合实现定重设定功能。

（2）给煤机设定，为了调整给煤速度，设置了给煤机设定键，用它选定给煤机台数。

（3）显示功能设置超重、称重斗严重超重和提升机严重超重指示灯，以及井口左右仓满信号，用以显示装载提升故障。

（4）防止重装，当某称重斗已向对应的提升斗装煤后，只有该提升斗到达井口后，下次到达井底后才能允许卸煤。

3 典型问题的分析解决

3.1 重装问题

为了避免重装事故的发生，应设置左右箕斗卸煤标志位。只有在标志位为0时，才能进行装载操作。在初始开车的时刻，初始化标志位为1，只有在左右斗均到达井口一次，即空行一次以后，才可使两箕斗标志位置0。

3.2 标度变换问题

PLC得到的重量信号是一个8位二进制数，必须将其转换为称重斗中的实际煤重，这就存在标度变换的问题。满量程所对应的二进制数（H00AF）小于H00FF，这是由于变送器的初始电流（4mA）造成的。在判断称重斗的重量信号是否为零时，应注意二进制小数不能准确的表示十进制小数。当运算结果与设定值的差落入设定的偏差内时，即认为二者相等。

3.3 按键去抖问题

对按键利用软件延时的方法消除抖动。这既减少了硬件误判的发生，又抑制了短时的误碰。

3.4 零点漂移问题

系统应不定期的校正称重斗的自身重量。在称重斗每次卸煤完毕后，PLC都要把此时残煤和称重斗重量对应的V0值与校正值相比较，判断零点的漂移是否超出允许范围，进而实现自动补偿。

3.5 压力发生器和压力变送器的自诊断问题

自诊断技术是系统可靠运行的重要保障。系统利用PLC程序，采用定时自检的方式，对自身硬件进行检查，可以及时发现故障，减少带病运行的几率。诊断的具体方法：在每次称重斗卸完煤后，将此时的重量信号读入内存，与空斗重量值进行比较，若两者差值在允许范围内，则调用零点漂移程序；若超出允许范围，即远小于空斗重量值，则要停止提升，并发出故障信号。

4 系统特点

本系统的突出特点主要有：测量点处无电气量，硬件故障的自诊断技术，井下控制装置的本安设计以及可编程控制器的特殊应用。

4.1 测量点处无电气量

本系统的优点之一，就是将信号的发生、变送分离开来，实现了测量处无电气接点。

4.2 硬件故障的自诊断技术

本系统根据压力发生器和压力变送器的工作特性，采用推理机制，利用软件程序对两者进行定时检查，可以及时发现故障，减少带病运行的几率，从而大大提高了系统的可靠性。

4.3 PLC的特殊应用

无论是装卸载流程度控制，还是A/D转换、显示电路的动态驱动，都充分利用了PLC的运算控制能力，实现从简单到复杂的多项控制功能。

PLC的I/O口通常用来对开关量进行逻辑控制，而这里还通过I/O口的改造实现了对模拟量的控制，即对A/D转换的控制和读取，其代价是占用了一定数量的I/O口。这不失为一种大胆的尝试。

5 结语

本系统作为提升安全运行的测控装置，能够改善提升设备的运行质量和提升能力，降低能耗，提高生产率，保证煤炭生产安全，实现了系统运行故障的动态监测、自动处理，以及矿井产量的科学精确统计。