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(tuán)）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(dòng)化技術(shù)日趨成熟，利用可編程控制器（PLC）為核心，開(kāi)發(fā)出一套架空乘人裝置自動(dòng)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(jìn)行編程，優(yōu)化保護(hù)系統(tǒng)，最終可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)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(gè)。其中，PLC控制柜和操作箱在機(jī)頭部位，控制柜可以發(fā)出相關(guān)的控制信號(hào)和執(zhí)行信號(hào)，在操作箱上安裝觸摸屏，可以實(shí)時(shí)的顯示架空乘人裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，操作箱還設(shè)有啟動(dòng)、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(jī)尾處。使用PROFIBUS Decentralized Periphery通信方式將機(jī)頭主站和分站連接[2]。機(jī)尾處的接入啟停、拉線(xiàn)、拖繩、越位和重錘保護(hù)等功能[3]。利用光電交換機(jī)將分站箱與地面計(jì)算機(jī)相連，最后實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。架空乘人裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動(dòng)化控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

1.2 PLC設(shè)計(jì)

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

CQM1H CPU具有28點(diǎn)輸入/20點(diǎn)輸出，所分配的物理地址 QBI、IBI、IBO、QBO。其中輸入點(diǎn)負(fù)責(zé)的信號(hào)包括：操作箱控制信號(hào)、機(jī)頭越位、驅(qū)動(dòng)速度、脫繩輪速度等，輸出點(diǎn)負(fù)責(zé)的信號(hào)包括：制動(dòng)閘控制、電動(dòng)機(jī)控制、驅(qū)動(dòng)輪控制等。SM2125（AI6×32bit）模塊端點(diǎn)負(fù)責(zé)接收驅(qū)動(dòng)油壓信號(hào)、補(bǔ)油壓信號(hào)、油溫信號(hào)等。SM2125（DN32×24V）模塊負(fù)責(zé)連接工作人員上下信號(hào)和架空乘人裝置甩道信號(hào)[5]。分站AM600B的端點(diǎn)（DN32×24V）負(fù)責(zé)接收拉線(xiàn)和機(jī)尾的信號(hào)。

2 系統(tǒng)軟件及功能

2.1 軟件流程

選擇Ver2012043CP1H進(jìn)行硬件的編程[6]。程序編寫(xiě)完成后，組態(tài)出和主站、分站相匹配的硬件，然后進(jìn)行PROFIBUS Decentralized Periphery通信連接。采用模塊化思維進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，主要包括：主程序、啟動(dòng)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(yè)圖2所示。

2.2 主要功能及原理

設(shè)計(jì)架空乘人裝置控制系統(tǒng)的目的是為了實(shí)現(xiàn)人員安全運(yùn)輸及設(shè)備保護(hù)。

通過(guò)在設(shè)備的相關(guān)部位安裝傳感器，對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的主要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并設(shè)定正常工作時(shí)的參數(shù)范圍。如果傳感器監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)不在正常范圍內(nèi)，就會(huì)發(fā)出相應(yīng)警報(bào)，提醒工作人員處理。設(shè)備保護(hù)的主要監(jiān)測(cè)參數(shù)包括：油壓壓力、電機(jī)溫度，人員保護(hù)的主要監(jiān)測(cè)參數(shù)包括設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度、鋼絲繩工作狀態(tài)、有無(wú)拖繩風(fēng)險(xiǎn)等。

1）油壓壓力、電機(jī)溫度監(jiān)測(cè)。電動(dòng)機(jī)是整個(gè)裝置的核心部位，通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)內(nèi)油的壓力及電動(dòng)機(jī)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷電機(jī)的工作狀態(tài)。為了確保制動(dòng)閘和鉗形閘可以正常工作，還需要對(duì)液壓站的油壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)主要包括補(bǔ)油油壓、驅(qū)動(dòng)油壓和泵控油壓。此項(xiàng)監(jiān)測(cè)可以杜絕因?yàn)闄C(jī)械原因造成的鉗形閘和制動(dòng)閘無(wú)法工作。

2）速度保護(hù)、拖繩保護(hù)。架空乘人裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的基本要求就是速度穩(wěn)定，測(cè)量速度的傳感器型號(hào)為SCA1000-D01，通過(guò)分析單位時(shí)間內(nèi)所測(cè)得的脈沖信號(hào)數(shù)量，判斷其速度情況。傳感器的安裝位置在機(jī)頭附近，同時(shí)在拖繩靠近內(nèi)輪處安設(shè)磁鋼，當(dāng)架空乘人裝置開(kāi)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(cè)到的脈沖信號(hào)數(shù)量出現(xiàn)異常，變會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，自動(dòng)停止設(shè)備運(yùn)行。

因?yàn)殇摻z繩拉緊之后，會(huì)產(chǎn)生橫向作用力，在機(jī)頭、機(jī)尾及邊坡點(diǎn)，容易出現(xiàn)脫繩的現(xiàn)象，在邊坡點(diǎn)安裝SCA1000-D01傳感器。當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生正常的脈沖信號(hào)，如果邊坡點(diǎn)處鋼絲繩發(fā)生脫落，所在位置的輪子就會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，傳感器將無(wú)法接收到脈沖信號(hào)，便可以報(bào)警，實(shí)現(xiàn)拖繩保護(hù)。

3）越位保護(hù)、拉線(xiàn)保護(hù)、重錘保護(hù)。某煤礦架空乘人裝置采用的是無(wú)極循環(huán)鋼絲繩帶動(dòng)座椅，使得工作人員通過(guò)驅(qū)動(dòng)盤(pán)時(shí)可能會(huì)在離心力的作用下被甩下裝置，為此要安裝越位保護(hù)設(shè)備。越位信號(hào)的開(kāi)關(guān)接入控制回路，正常情況下，越位開(kāi)關(guān)不會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作，當(dāng)有人出現(xiàn)越位時(shí)，在重力的作用下，越位開(kāi)關(guān)發(fā)生動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車(chē)、并對(duì)故障進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)。

當(dāng)架空乘人裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，隨著使用時(shí)間的增加，鋼絲繩可能會(huì)出現(xiàn)松垮、斷繩等現(xiàn)象。為此專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了重錘保護(hù)。重錘裝置通過(guò)軌道小車(chē)和機(jī)尾的摩擦輪相接，在裝置的上下方適當(dāng)位置設(shè)有開(kāi)關(guān)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，如果出現(xiàn)了鋼絲繩斷裂等故障，小車(chē)將沿軌道向下移動(dòng)，出發(fā)到開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)架空乘人裝置的重錘保護(hù)。

沿著裝置的方向設(shè)置拉停開(kāi)關(guān)，正常條件下，信號(hào)處于常開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)工作人員發(fā)現(xiàn)緊急情況時(shí)，拉動(dòng)開(kāi)關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)緊急停車(chē)。在機(jī)頭處設(shè)有復(fù)位按鈕，當(dāng)情況排除后，摁下復(fù)位按鈕，即可使設(shè)備重新運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

將該系統(tǒng)在某煤礦進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該煤礦架空乘人裝置型號(hào)為RJKY55-25/600，巷道全長(zhǎng)820 m，最大傾角為35°，平均角度為22°，正常運(yùn)行速度為0.9 m/s，乘人間距為12 m，人員運(yùn)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(dòng)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(shí)刻了解電機(jī)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(jìn)行井下試驗(yàn)的過(guò)程中，架空乘人裝置出現(xiàn)了一次超速情況，監(jiān)測(cè)傳感器及時(shí)報(bào)警，并自動(dòng)停止了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，從根本上降低了安全隱患。

4 結(jié)語(yǔ)

在架空乘人裝置控制系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)架空乘人裝置的平穩(wěn)啟動(dòng)、停止，增加了架空乘人裝置運(yùn)行的安全性，對(duì)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(dòng)化控制的應(yīng)用[J].煤礦開(kāi)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(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].煤礦機(jī)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(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)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(wèn)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(kāi)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.