[发明专利]故障安全型Fail-Safe地坑架车机控制系统

权利要求书

1.一种故障安全型Fail-Safe地坑架车机控制系统，包括信号检测单元、信号采集单元、安全链路、评估处理单元和动作执行单元，其特征在于：信号检测单元采用Fail-Safe型的三触点行程开关，两个触点为常闭，一个触点为常开；信号采集单元采用Fail-Safe型数字量输入模块；评估处理单元采用Fail-Safe型可编程逻辑控制器F-CPU；动作执行单元采用Fail-Safe型数字量输出模块；

信号检测单元中，采用Fail-Safe型的三触点行程开关，其中一个常闭触点和一个常开触点采用异步接线方式接入Fail-Safe型数字量输入模块中，另外一个常闭触点接入安全链路中；

信号采集单元中，Fail-Safe型数字量输入模块采用1oo2的异步信号接线方式，一旦出现短路、断路或其他异常状态，Fail-Safe型可编程逻辑控制器立即停止执行普通程序，并执行安全控制程序，使各动作执行机构处于安全状态；

动作执行单元中，Fail-Safe型数字量输出模块采用双线圈输出形式，主控制回路采用双接触器控制，在故障状态下能够有效保证升降电机动力电源的切断；

安全链路包括两级三层，急停安全链路共一条，为一级安全链路，能够切断普通输出控制电源及安全升降控制电源；升降安全链路每个地坑两条，为二级安全链路，能够切断其所在坑内安全升降控制电源；

其中：

信号检测单元采用带机械指令的行程开关，行程开关具有2个常闭触点和1个常开触点，其中1常闭触点及1常开触点接入Fail-Safe型数字量输入模块并提供1oo2异步信号，另外1常闭触点用于升降安全链路中，用于升降安全保护，采用此种接线方式的信号检测单元包括上极限位检测4S1、下极限位检测、螺母磨损检测4S3、螺母脱开检测4S4及人孔盖板检测18S2在内的5种检测机构，其中上极限位检测及螺母磨损检测接入上升保护安全链路中，下极限位检测及螺母脱开检测接入下降保护安全链路中，人孔盖板状态检测通过1oo2异步接线方式接入F-DI模块中，人孔盖板检测状态逻辑为：故障安全型地坑架车机控制系统检测到某人孔盖板为打开状态，则该人孔盖板所在单坑架车单元禁止直行任何动作，通过增加该逻辑检测与判断；

信号采集单元为故障安全型数字量输入单元，即F-DI，安全相关的信号能够实现冗余接入，即数字量输入单元具备每个输入信号占用2个通道并在同一扫描周期内读取2次的能力，并将读取结果进行评估处理，信号冗余接入方式采用异步方式接入，或采用同步方式接入；

动作执行单元包括转向架上升19K1和19K2、转向架下降19K3和19K4、转向架架升柱电机1选择20K1、转向架架升柱电机2选择20K2、转向架架升柱电机3选择20K3和转向架架升柱电机4选择20K4，其中19K1、19K2、19K3、19K4采用双线圈输出控制，用于主控制回路，采用双线圈控制的主控制回路能够可靠的切断动力输出电路，一旦控制系统检测到其处于故障状态，能立即使安全输出控制点处于安全状态，如立即将升降控制点处于安全状态0，切断各个升降电机的动力电源；

控制系统的两级三条层安全链路，包含急停安全链路、上升保护安全链路以及下降保护安全链路，其中急停安全链路为一级安全链路，上升保护安全链路、下降保护安全链路并列为二级安全链路，一级安全链路和二级安全链路将整个控制系统分为3个安全层级，在急停安全链路之上为信号安全层，其为各输入单元以及信号输出单元提供电源及安全防护，不受安全链路通断影响；在急停安全链路与升降安全链路之间为辅助输出安全层，其能够为辅助输出动作单元提供电源及安全防护影响，受到急停安全链路制约，只有急停链路正常情况下，辅助输出安全层方可正常执行动作；在升降安全链路之下为升降安全层，又分为上升安全层和下降安全层，受到急停安全链路及各自对应的升降安全链路影响；

急停安全链路为整个控制系统的一级安全链路，能够确保所有执行机构动作处于安全状态，设备的安全状态即为停止状态，0输出状态，在将系统内各个急停按钮信号通过1oo2异步接线方式输入F-DI模块的同时，使用急停模块单元采集所有急停按钮串联的导通状态，一旦任意一个急停按钮拍下，改变了急停模块单元所采集到的状态，则急停模块单元可有效切断整个控制系统F-DO模块电源，确保动作执行机构接触器有效断开；急停安全链路中涉及到的所有急停按钮需采用2常闭触点(NC)+1常开触点(NO)模式；1NC+1NO将急停信号接入故障安全型输入系统F-DI中，PLC通过一些列评估后，得到正确的急停信息，一旦在评估过程中，PLC检测到输入信号存在问题，则会采取钝化措施;另外1NC接入急停安全链路中，一旦急停模块单元检测到急停安全链路中存在问题，则立即切断控制系统F-DO模块电源，急停安全链路逻辑为：急停模块单元检测到急停安全链路故障，则禁止设备动作；

上升保护安全链路为控制系统中的架车单元上升保护链路，在该链路中集中采集各升降柱的上极限位信息和螺母磨损信息，当任一升降柱的上极限位检测开关或螺母磨损检测开关动作后，都会切断设备上升控制电路，使得设备不能再上极限位置或螺母磨损触发时继续上升，整个设备的上升保护链路每个架车单元包含1条，仅作用于其所在的架车单元；

下降保护链路为单坑控制系统中的架车单元下降保护链路，在该链路中集中采集各升降柱的下极限位信息和螺母脱开信息，当任一升降柱的下极限位检测开关或螺母脱开检测开关动作后，都会切断设备下降控制电路，使得设备不能再下极限位置或者螺母脱开触发时继续下降，从而保证设备下降过程中的可靠性和安全型，整个设备的下降保护链路每个架车单元包含1条，仅作用于其所在的架车单元。