基于PLC的煤礦架空乘人裝置控制系統(tǒng)研究

薄煒杰

（西山煤電（集團）有限責(zé)任公司， 山西 太原 030053）

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化技術(shù)日趨成熟，利用可編程控制器（PLC）為核心，開發(fā)出一套架空乘人裝置自動化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的核心硬件為歐姆龍公司生產(chǎn)的CQM1H型可編程控制器采用Ver2012043CP1H軟件進行編程，優(yōu)化保護系統(tǒng)，最終可以實現(xiàn)自動化控制架空乘人裝置。

1 硬件組成

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

架空乘人裝置自動化控制系統(tǒng)主要包括PLC控制柜[1]、操作箱和分站箱組成。分站箱一共3個。其中，PLC控制柜和操作箱在機頭部位，控制柜可以發(fā)出相關(guān)的控制信號和執(zhí)行信號，在操作箱上安裝觸摸屏，可以實時的顯示架空乘人裝置的運轉(zhuǎn)情況，操作箱還設(shè)有啟動、復(fù)位、急停等功能的按鈕。分站箱1和分站箱2按順序布置在巷道，分站箱3放在架空乘人裝置機尾處。使用PROFIBUS Decentralized Periphery通信方式將機頭主站和分站連接[2]。機尾處的接入啟停、拉線、拖繩、越位和重錘保護等功能[3]。利用光電交換機將分站箱與地面計算機相連，最后實現(xiàn)遠程控制。架空乘人裝置自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動化控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

1.2 PLC設(shè)計

CQM1H可編程控制器的硬件組成包括1個BT 2103-5PROFIBUSDecentralized Periphery通信模塊、1個CPU2428GT/GT/GT模塊、1個SM2125模擬信號輸入模塊、1個SM2177數(shù)字信號輸入/輸出模塊、3分站箱的型號為AM600B，各分站還包括1個TF232-2COMPACT64模 塊 、1個 4IM×24VOC/0.8MT和1個BM-D252AD終端模塊組成[4]。

CQM1H CPU具有28點輸入/20點輸出，所分配的物理地址 QBI、IBI、IBO、QBO。其中輸入點負責(zé)的信號包括：操作箱控制信號、機頭越位、驅(qū)動速度、脫繩輪速度等，輸出點負責(zé)的信號包括：制動閘控制、電動機控制、驅(qū)動輪控制等。SM2125（AI6×32bit）模塊端點負責(zé)接收驅(qū)動油壓信號、補油壓信號、油溫信號等。SM2125（DN32×24V）模塊負責(zé)連接工作人員上下信號和架空乘人裝置甩道信號[5]。分站AM600B的端點（DN32×24V）負責(zé)接收拉線和機尾的信號。

2 系統(tǒng)軟件及功能

2.1 軟件流程

選擇Ver2012043CP1H進行硬件的編程[6]。程序編寫完成后，組態(tài)出和主站、分站相匹配的硬件，然后進行PROFIBUS Decentralized Periphery通信連接。采用模塊化思維進行程序設(shè)計，主要包括：主程序、啟動模塊、初始模塊、速度控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、停止模塊，流程如下頁圖2所示。

2.2 主要功能及原理

設(shè)計架空乘人裝置控制系統(tǒng)的目的是為了實現(xiàn)人員安全運輸及設(shè)備保護。

通過在設(shè)備的相關(guān)部位安裝傳感器，對設(shè)備運行過程中的主要參數(shù)進行監(jiān)測，并設(shè)定正常工作時的參數(shù)范圍。如果傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)不在正常范圍內(nèi)，就會發(fā)出相應(yīng)警報，提醒工作人員處理。設(shè)備保護的主要監(jiān)測參數(shù)包括：油壓壓力、電機溫度，人員保護的主要監(jiān)測參數(shù)包括設(shè)備運轉(zhuǎn)速度、鋼絲繩工作狀態(tài)、有無拖繩風(fēng)險等。

1）油壓壓力、電機溫度監(jiān)測。電動機是整個裝置的核心部位，通過對電動機內(nèi)油的壓力及電動機溫度進行監(jiān)測，判斷電機的工作狀態(tài)。為了確保制動閘和鉗形閘可以正常工作，還需要對液壓站的油壓進行監(jiān)測，監(jiān)測主要包括補油油壓、驅(qū)動油壓和泵控油壓。此項監(jiān)測可以杜絕因為機械原因造成的鉗形閘和制動閘無法工作。

2）速度保護、拖繩保護。架空乘人裝置在運轉(zhuǎn)過程中的基本要求就是速度穩(wěn)定，測量速度的傳感器型號為SCA1000-D01，通過分析單位時間內(nèi)所測得的脈沖信號數(shù)量，判斷其速度情況。傳感器的安裝位置在機頭附近，同時在拖繩靠近內(nèi)輪處安設(shè)磁鋼，當架空乘人裝置開始工作之后，磁鋼有利于保證裝置速度穩(wěn)定。如果傳感器監(jiān)測到的脈沖信號數(shù)量出現(xiàn)異常，變會發(fā)出報警信號，自動停止設(shè)備運行。

因為鋼絲繩拉緊之后，會產(chǎn)生橫向作用力，在機頭、機尾及邊坡點，容易出現(xiàn)脫繩的現(xiàn)象，在邊坡點安裝SCA1000-D01傳感器。當設(shè)備正常運行時，會產(chǎn)生正常的脈沖信號，如果邊坡點處鋼絲繩發(fā)生脫落，所在位置的輪子就會停止運轉(zhuǎn)，傳感器將無法接收到脈沖信號，便可以報警，實現(xiàn)拖繩保護。

3）越位保護、拉線保護、重錘保護。某煤礦架空乘人裝置采用的是無極循環(huán)鋼絲繩帶動座椅，使得工作人員通過驅(qū)動盤時可能會在離心力的作用下被甩下裝置，為此要安裝越位保護設(shè)備。越位信號的開關(guān)接入控制回路，正常情況下，越位開關(guān)不會產(chǎn)生動作，當有人出現(xiàn)越位時，在重力的作用下，越位開關(guān)發(fā)生動作，實現(xiàn)自動停車、并對故障進行語音播報。

當架空乘人裝置在運轉(zhuǎn)的過程中，隨著使用時間的增加，鋼絲繩可能會出現(xiàn)松垮、斷繩等現(xiàn)象。為此專門設(shè)計了重錘保護。重錘裝置通過軌道小車和機尾的摩擦輪相接，在裝置的上下方適當位置設(shè)有開關(guān)，在運轉(zhuǎn)過程中，如果出現(xiàn)了鋼絲繩斷裂等故障，小車將沿軌道向下移動，出發(fā)到開關(guān)，實現(xiàn)對架空乘人裝置的重錘保護。

沿著裝置的方向設(shè)置拉停開關(guān)，正常條件下，信號處于常開狀態(tài)，當工作人員發(fā)現(xiàn)緊急情況時，拉動開關(guān)，即可實現(xiàn)緊急停車。在機頭處設(shè)有復(fù)位按鈕，當情況排除后，摁下復(fù)位按鈕，即可使設(shè)備重新運轉(zhuǎn)。

3 現(xiàn)場試驗

將該系統(tǒng)在某煤礦進行了現(xiàn)場試驗。該煤礦架空乘人裝置型號為RJKY55-25/600，巷道全長820 m，最大傾角為35°，平均角度為22°，正常運行速度為0.9 m/s，乘人間距為12 m，人員運輸效率為360人/h，牽引力為16085 N，鋼絲繩最大張力為40033 N，尾錘重量為900 kg，驅(qū)動輪尾輪直徑為1100 mm，鋼絲繩規(guī)格為 12.5-NAT-6×29Fi+IWR-1770-ZS-GB8919。

使用架空乘人裝置控制系統(tǒng)后，某煤礦架空乘人裝置的管理效率有了明顯提升，可以時刻了解電機及其他設(shè)備的工作狀態(tài)，大大降低了設(shè)備的故障率，取得了理想得效果，在進行井下試驗的過程中，架空乘人裝置出現(xiàn)了一次超速情況，監(jiān)測傳感器及時報警，并自動停止了設(shè)備的運轉(zhuǎn)，從根本上降低了安全隱患。

4 結(jié)語

在架空乘人裝置控制系統(tǒng)應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)具有操作簡單、監(jiān)測準確等優(yōu)點，可實現(xiàn)架空乘人裝置的平穩(wěn)啟動、停止，增加了架空乘人裝置運行的安全性，對其他礦井架空乘人裝置的的應(yīng)用與管理具有借鑒意義。

[1]肖公平，羅前發(fā).PLC可編程控制器在架空乘人裝置自動化控制的應(yīng)用[J].煤礦開采，2009，14（5）：2-73.

[2]張秀良，李建忠，王輝.狹窄井巷架空索道人料運輸系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].煤礦機械 2010，31（4）：177－179.

[3]劉璐，朱一凡.基于PLC與組態(tài)王的帶式輸送機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].煤礦機械，2010，31（6）：20－22.

[4]丁硯濤，姜昆，徐安成.井下架空乘人裝置的問題分析與措施研究[J].山東煤炭科技，2004（2）：94-95.

[5]白云，高育鵬，胡小江，等.基于Lab VIEW的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009.

[6]王志奎，朱清慧.可編程控制器和交流變頻器在開環(huán)、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2002（7）：27－29.