基于PLC的斜巷跑車防護系統設計

曹仁杰

(山西潞安集團 司馬煤業公司，山西　長治　047105)

·試驗研究·

基于PLC的斜巷跑車防護系統設計

曹仁杰

(山西潞安集團 司馬煤業公司，山西長治047105)

摘要跑車防護系統在煤礦斜巷運輸過程中起著非常重要的作用，它是井下工作人員和設備安全的有力保障。通過分析斜巷跑車防護裝置存在的問題，以PLC技術為基礎，利用傳感檢測技術和液壓控制技術，設計了一套斜巷跑車防護系統。并且提出了通過同時檢測礦車的速度大小和變化趨勢來判斷是否發生跑車事故的方法，確保了系統的可靠性和安全性。該技術在山西潞安集團司馬煤業公司已得到成功應用。

關鍵詞煤礦；跑車防護；斜井運輸；感應線圈檢測技術；PLC

礦井運輸是煤礦生產中十分重要的一個環節，包括很多種形式，其中軌道運輸被廣泛的應用。軌道運輸是一種柔性化運輸方式，能夠充分適應巷道的彎曲、距離的變化以及路面的平緩。近年來，隨著礦井生產負荷的增加，斜巷提升工作量不斷加重，發生跑車事故的概率也呈現上升趨勢[1].據調查統計，礦井運輸事故占到煤礦總事故的23%，其中因跑車引起的運輸事故在礦井輔助運輸事故中占很大的比重[2].跑車事故不僅會嚴重威脅斜井內工作人員的安全，而且會對井下軌道、供電系統、通風送水管路等造成不同程度的破壞，甚至可能導致礦井生產停止[3].此外，跑車事故發生過程中，由于摩擦和碰撞引起的火花可能導致火災或瓦斯爆炸事故的發生，直接威脅著整個礦井的安全[4].因此，煤礦斜巷運輸的安全問題受到了廣泛的重視。當跑車發生時，跑車防護迅速、有效的動作是十分必要的。

本文采用傳感檢測技術、PLC技術和液壓控制技術，設計了一套基于PLC的斜巷跑車防護控制系統，提出了通過同時檢測礦車的速度大小和變化趨勢來判斷是否發生跑車事故的方法，以確保系統的安全性和可靠性。

1斜井防跑車系統設計

1.1　總體技術方案

防跑車系統的總體示意圖見圖1.工作過程中，感應線圈3將礦車通過時的信號傳遞給PLC控制器以判斷是否發生跑車事故。若運行狀態正常，PLC將控制液壓缸使擋車欄上提，礦車順利通過；若判斷發生跑車，擋車欄保持常閉狀態，同時故障指示燈亮，以保障井下工作人員和設備的安全。

1.2　跑車速度檢測系統設計

防跑車裝置的動作通常采用測定礦車的速度來實現。現有的檢測礦車在運輸過程中速度的技術方法主要包括：紅外線檢測技術、超聲波檢測技術、激光檢測技術和感應線圈檢測技術等[5].

1) 紅外線檢測技術原理簡單，主要是通過對礦車駛過時車體對紅外線發射裝置的遮擋作用來進行判別。但由于井下粉塵較大、環境惡劣，容易出現誤判的情況，而且設備容易出現故障。超聲波檢測系統設備的價格較為昂貴，容易受到環境因素的干擾，檢測精度較差。而激光檢測系統同樣具有抗干擾能力差、可靠性低等缺點。

1—絞車　2—運輸軌道　3—感應線圈　4—常閉式智能捕車器　5—緩沖吸能器　6—礦車　7—報警指示燈　8—液壓缸終位傳感器　9—液壓缸初位傳感器　10—常閉式智能擋車欄圖1　防跑車系統整體示意圖

感應線圈檢測技術是一種比較成熟的速度檢測方法，已普遍應用于防跑車系統中，其原理：當礦車經過預埋在礦井運輸軌道下方的呈環形的電感線圈傳感器時，由于線圈被通以高頻電流，礦車會在其內部產生感應電渦流，促使線圈的電感量減小。通過檢測線圈電感量的變化就可以獲得礦車通過時的速度。與其他檢測技術相比，感應線圈檢測技術具有以下優點：a) 可適應惡劣的井下工作環境。b) 使用壽命長，防水、防潮和防腐蝕性能。c) 通過調整環形線圈參數和改善信號處理電路，可提高速度檢測的精度和抗干擾能力。d) 系統成本低。

圖2　系統整體結構示意圖

2) 本文提出的環形線圈檢測系統主要由3部分組成，分別為測速系統、數據分析系統和液壓系統，其系統整體結構見圖2.

當礦車以不同的速度通過時，環形感應線圈內會產生不同大小的感應渦流，因此，通過測量判斷感應電流的大小，可實現對是否發生跑車事故的判斷。當礦車通過時，感應線圈產生的感應渦流經信號處理電路被轉換成模擬信號。數據采集卡以一定的采樣頻率將模擬信號轉換為數字信號，以便后續數據處理軟件的分析。該系統判斷是否發生跑車事故的條件分為兩部分：a) 如果礦車運行速度大于設定的最大速度，則發生跑車。b) 利用數據處理程序分析礦車速度的變化趨勢，如果速度隨時間不斷增加，此時同樣判斷為發生跑車事故。這種方法將提高系統的可靠性和安全性。

1.3　PLC控制系統

防跑車裝置PLC控制系統圖見圖3.系統上電后，首先通過液壓缸出位傳感器9檢測擋車欄是否下放到位，如果沒有，則自動下放到位。當礦車通過感應線圈3時，由測速系統和數據處理系統判斷是否發生跑車：1) 如果礦車運行狀態正常，PLC控制器電磁換向閥動作，使擋車欄上提，擋車網門上提到位后，液壓缸終位傳感器將發出上提到位信號，礦車順利通過。2) 如果判斷發生跑車事故，擋車欄保持常閉狀態，故障指示燈亮。

圖3　PLC控制流程圖

1.4　液壓系統

該防跑車系統中，擋車欄的提升和下放由液壓缸進行控制。液壓控制系統圖見圖4.系統上電后，若檢測到擋車欄沒有下放到位，PLC控制器將電磁換向閥設置為左位，待下放到位后，PLC將電磁換向閥設置為中位，此時系統處于保壓狀態。當礦車通過感應線圈后，如果其運行狀態正常，PLC則將電磁換向閥切換到右位，液壓缸活塞桿向左運動，擋車欄上提，提升到位后電磁換向閥切換到中位。

2結論

防跑車系統在斜井運輸過程中起著非常重要的作用，它是井下工作人員和設備安全的有力保障。以PLC技術為基礎，結合傳感檢測技術和液壓控制技術，設計了一套斜井防跑車系統。該系統判斷是否發生跑車事故的條件分為兩部分：1) 如果礦車運行速度大于設定的最大速度，則發生跑車。2) 利用數據處理程序分析礦車速度的變化趨勢，如果速度隨時間不斷增加，此時同樣判斷為發生跑車事故。經過在山西潞安集團司馬煤業公司實地測試，這種方法提高了防跑車速度檢測系統的精度和抗干擾能力，增強了整個系統的可靠性和安全性，對保障井下安全生產具有十分重要的意義。

1—電動機　2—液壓泵　3—濾油器　4—油箱　5—溢流閥　6—電磁換向閥　7—液壓缸圖4　液壓控制系統圖

參考文獻

[1]趙培廣,方岸濱,閆炳勝.礦井斜巷用簡易聯動閉鎖檔車器[J].礦山機械,2009,37(21):104-105.

[2]溫京巖.基于PLC的擋車欄控制系統研究[D].遼寧:大連交通大學,2014.

[3]張芹.新型防跑車緩沖吸能裝置的設計與性能研究[D].淮南:安徽理工大學,2008.

[4]劉海平.復合式斜井跑車防護系統設計與應用[J].煤礦安全,2011,9(10):36-42.

[5]楊俊卿.礦用斜巷常閉式跑車防護系統的改進[D].南昌:南昌大學,2012.

Design on Run Away Devices Security System of Inclined Drifts Based on PLC

CAO Renjie

AbstractRun away devices security system (RDSS) is very important in the transportation of coal mine inclined drifts, which is the powerful safeguard to ensure the safety of workers and devices. Analyzes the shortcomings which existing in RDSS of inclined drifts. PLC technology is as the basis. Sensing detection technology and hydraulic control technology are utilized, a set of inclined drifts RDSS is designed. And a new method to judge the tramcar trouble by testing the speed and changing trend of tramcar is presented, ensures the reliability and security of the system. The technology has been successfully applied in Shanxi Lu'an group Sima coal company.

Key wordsCoal mine; Run away devices security; Slope mine transportation; Induction coil detection technology; PLC

中圖分類號：TD63+4

文獻標識碼：A

文章編號：1672-0652(2015)08-0018-03

作者簡介：曹仁杰(1986—)，男，河北東光人，2009年畢業于河北工程大學，助理工程師，主要從事煤礦安全監管方面的技術工作(E-mail)caorenjie1111@126.com

收稿日期：2015-05-28