PLC控制在礦井提升機打點信號系統中的應用

李亞韞

（山西職業技術學院 電氣工程與自動化系，山西 太原 030006）

早期礦井提升機打點信號系統控制以集成電路或單片機居多，與PLC可編程控制器相比，前者維護、使用比較復雜，故障率較高，性能不穩定，容易發生誤動作。本系統以PLC控制器為核心，采用LED屏同步模擬顯示，可進行現場編程，很容易解決生產中出現的各種問題[1]，誤動作率低，操作簡單，極大的提高了系統的適應性。

1 系統組成

本系統控制主要分為3大部分：絞車房、上井口、下井口。三部分控制器均采用三菱公司FX2N系列PLC[2]。

1.1 主要部分基本配置

1)絞車房

絞車房基本配置：48點晶體管型PLC、繼電器擴展模塊、控制按鈕、語音通訊模塊、報警電路、LED點陣顯示模塊、數碼管顯示模塊、普通電源等。

2)上井口

上井口車場基本配置：32點繼電器型PLC、語音通訊模塊、控制按鈕、報警電路、LED點陣顯示模塊、數碼管顯示模塊、防爆型電源等。

下井口車場基本配置：32點繼電器型PLC、語音通訊模塊、控制按鈕、報警電路、LED點陣顯示模塊、數碼管顯示模塊、防爆型電源等

1.2 PLC之間的通訊

1)3 個PLC之間的信息交流都是通過MODBUS 485通訊方式來完成。例如井底發出開車信號后，通過485通訊先由井口接收到，井口確認井底信號后，發出與井底相同信號，在確認兩個信號相同后，才能通過485通訊將開車信號送到車房。停車、急停、檢修、水平信號都可以直接發往絞車房。

2)通訊電纜可選用5芯阻燃式鎧裝控制電纜

圖1 PLC之間的通訊Fig. 1 The communication between PLC

1.3 打點信號數碼管顯示模塊

絞車房、上下井口車場打點信號數字顯示均采用74LS247驅動共陽極數碼管。大小分別為車房內為5寸數碼管、上下井口車場內為3寸數碼管。打點信號數碼管顯示電路如圖2所示：其中1號數碼管點亮時發紅光用于顯示當前打點信號；2號數碼管點亮時發藍光用于顯示存儲提升打點信號。

圖2 打點信號數碼管顯示模塊Fig. 2 Hoist signal digital tube display module

1.4 語音通訊模塊

模塊中送話器采用雙線駐極體話筒；喇叭采用型號為YH5-8A筒揚聲器；打點音響頻率為1 000 Hz左右。語音通訊模塊模擬圖如圖3所示。

圖3 語音通訊模塊Fig. 3 Speech communication module

2 系統功能

2.1 絞車房顯示功能

1)提升打點信號數碼顯示：1點—停車、2點—快上、3點—快下、4點—慢上、5點—慢下；

2)提升類別漢字顯示：“檢”、“急”、 “快上”、“快下”、“慢上”、“慢下” 、 “一水平”、“二水平”；

本文利用數據包絡分析法（DEA）理論框架中較為前沿的Epsilon-Based Measure（EBM）模型對中國工業行業的低碳全要素生產率進行評價。該模型是對傳統DEA理論的重大突破，吸收了徑向模型（CCR、BCC等）和非徑向模型（以SBM模型為代表）的優點，在決策單元相對效率的評價上更具優勢，評價結果更為客觀可靠［20-21］。還參考雷明等的做法，引入動態要素，構建動態EBM-MI指數模型對中國工業行業的低碳全要素生產率進行測算［22］，分別從縱向時間序列和橫向行業角度對測算結果進行分析，并據此提出相應的政策建議。

3)提升信號調用顯示功能：能對最近10次提升信號進行存儲并循環調用顯示；

4)顯示信號回路接通功能。

2.2 上、下井口車場顯示功能

1)提升類別漢字顯示：“檢”、“急”、 “快上”、“快下” 、“慢上”、“慢下” 、 “一水平”、“二水平”；

2)下井口發來的提升信號的數碼顯示；

3)本位發出的提升信號數碼顯示。

2.3 絞車房控制功能

1)無論是上井口還是下井口發出的“急?！毙盘枺苯铀蛙嚪匡@示“急”[3]。且有喇叭長鳴報警，同時閉鎖其它信號；

2)無論是上井口還是下井口發出的“停車”信號，直接送到車房顯示“1”且有喇叭一聲響；

3)無論是上井口還是下井口發出的“檢修”信號，直接送到車房顯示“檢”，閉鎖其它信號；。

4)由上井口車場發出“一水平”、“二水平”信號后，在車房內顯示“一水平”、“二水平”；

5)必須在上井口與下井口車場發出相同的打點信號時才能顯示在車房控制箱上，并伴有相應數字音響，否則無輸出信號；

6)若打點信號“2、3、4、5”未送到車房，絞車房不能開車（車房有一個繼電器串入安全回路）。

2.4 上、下井口車場控制功能

1)上井口車場PLC負責與下井口車場和車房信號聯絡[4]。當井底做好開車準備時，下井口發出開車信號輸送到上井口，告之已具備開車條件。同時也送入到絞車房，參與車房信號邏輯控制；當然上井口也可向下井口發出詢問信號進行要“點”，說明井口可以準備開車；

2)下井口車場發出的打點信號在上井口車場顯示，且上、下井口車場發出的打點信號相同時才能輸出到絞車房；

3)“急停、停車、檢修”按鈕按下時全線都顯示；

4)上井口發出水平信號，各個水平信號之間相互互鎖，如：“一水平信號”發出后只能執行 “一水平”信號的控制，全線顯示“一水平”。

2.5 閉鎖功能

1)信號與絞車控制回路閉鎖：只有絞車房接到上井口發來的提升信號，絞車房可開車；

2)信號與安全回路閉鎖：當絞車房收到上、下井口信號發來的“急?！毙盘?，絞車安全回路跳閘；

3)信號有轉發閉鎖：上井口只有受到下井口發來的信號時，才能向車房發出信號，并只能轉發與下井口相同的信號[5]；

4)開車信號閉鎖：當發出信號后，只有清除當前信號后，才能發出其它信號；

5)上、下井口車場發出的“停車”信號可直接發往絞車房，不受信號本身閉鎖的限制；

6)上、下井口車場發出的“急?！毙盘柨芍苯影l往絞車房，不受其他任何信號的限制；

7)上、下井口車場發出“急?！毙盘柡螅渌盘柧荒茉侔l出，包括開車信號和檢修信號；

8)檢修信號發出后，開車信號不能發出；

9)在語音通訊功能中，下井口只對上井口，上井口既與下井口也可與車房進行通訊，但車房只可與上井口進行通訊。

3 結束語

系統中上、下井口車場、絞車房控制器采用三菱公司的FX2N系列 PLC，它們之間運用MODBUS 485通訊方式，大大提高了信號的傳輸距離，符合井下通訊需要。而且通訊電纜選用5芯阻燃式鎧裝控制電纜，簡化了PLC的外圍電路，減小了故障點，降低維護難度，同時也節約成本。提升機打點信號顯示采用數字及漢字同步顯示，這方便工作人員進行判斷信號，避免因疏忽造成誤動作。同時打點信號顯示中還增加了存儲功能，工作人員可以調用顯示最近10次的信號操作，便于故障查詢。總之，本系統設計具有強大的信號控制和閉鎖功能，滿足礦井提升機工作系統的安全需要。系統試用以來結果表明：系統運行可靠、性能穩定，為煤礦安全生產奠定了堅實的基礎[6]。同時在運行中發現，礦井提升機工作系統還存在一個重要數據——提升機提升鉤數，它是反映礦井中工作人員單班提升量的重要數據。為了更科學的適應礦井生產，今后打點信號顯示中可以增加提升鉤數顯示功能。

[1] 劉海東，周獻忠.礦井提升信號系統的PLC控制[J].煤炭技術,2008(10):39—40.LIU Hai-dong, ZHOU Xian-zhong .Mine hoist signaling system’s PLC control[J].Coal Technology,2008(10):39-40.

[2] 陳榮,張開如.三菱FX-2N系列LPC在副井提升機信號系統中的應用[J].工礦自動化,2005(2):56-57.CHEN Rong, ZHANG Kai-ru. Application of the FX-2N PLC in signal system of auxiliary shaft hoist[J].Industy and Mine Automation,2005(2):56-57.

[3] 梁冠英,張純江.PLC在礦井提升信號系統中的應用 [J].煤炭技術,2008(1):25-27.LIANG Guan-ying,ZHANG Chun-jiang.PLC application study in the mineral promoting signal system[J].Coal Technology,2008(1)25-27.

[4] 索楠,馬春燕,李永剛.基于PLC的礦井提升機控制系統的設計[J].機械工程與自動化,2012(2):139-140.SUO Nan, MA Chun-yan,LI Yong-gang.PLC-based mine hoist control system design[J].Mechanical Engineering &Automation,2012(2):139-140.

[5] 蘇吉佩,唐英姿.PLC技術在副井提升信號中的應用[J].煤炭技術,2006(3):25-27.SU Ji-pei, TANG Ying-zi. PLC technology in vice-well promotion signal application[J] Coal Technology,2006(3):25-27.

[6] 孫振偉,袁佳玲.基于PLC控制器的礦井副井提升信號系統的設計[J].電子設計工程,2011(8):81-82.SUN Zhen-wei,YUAN Gui-ling.Design of the mine auxiliary hoisting signal system based on PLC controller[J].Electronic Design Engineering,2011(8):81-82.