西曲礦斜巷打運(yùn)系統(tǒng)卡軌車與安全裝置聯(lián)鎖的研究

付勇強(qiáng)

（西山煤電集團(tuán)西曲礦， 山西 古交 030200）

引言

西曲礦中央?yún)^(qū)北一11-2 下山采區(qū)是該礦的主要采煤區(qū)，北一11-2 軌道下山的卡軌車提升系統(tǒng)的提升任務(wù)有舉足輕重的作用。斜巷運(yùn)輸安全管理是井下軌道運(yùn)輸?shù)闹攸c(diǎn)環(huán)節(jié)，現(xiàn)代自動(dòng)化控制是實(shí)現(xiàn)安全提升的重要保證。在北一11-2 軌道下山卡軌車提升系統(tǒng)的原有基礎(chǔ)上，對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)的卡軌車和斜巷的安全裝置進(jìn)行互鎖聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有電控系統(tǒng)上增加硬件元器件，實(shí)現(xiàn)安全裝置之間的聯(lián)鎖控制以及與絞車的電氣聯(lián)動(dòng)，并限制卡軌車運(yùn)行范圍，從而實(shí)現(xiàn)了卡軌車與安全裝置之間聯(lián)鎖的自動(dòng)化控制。

1 北一11-2 軌道下山卡軌車提升系統(tǒng)簡(jiǎn)介

原有的北一11-2 軌道下山卡軌車提升系統(tǒng)采用以SIEMENS S7-300 為控制器的電控系統(tǒng)來控制絞車的啟動(dòng)、工作制動(dòng)等動(dòng)作，搭配以SIEMENS S7-200 為控制器的電控系統(tǒng)控制斜巷上口平巷段阻車器、斜巷段跑車防護(hù)裝置，兩套系統(tǒng)互相獨(dú)立，互不影響。其中，絞車司機(jī)在上口車房控制絞車，上口變坡點(diǎn)處打點(diǎn)硐室的信號(hào)工在打點(diǎn)的同時(shí)操控阻車器、跑車防護(hù)裝置以及氣動(dòng)擋車欄的開閉。圖1為功能擴(kuò)展前變坡點(diǎn)處信號(hào)工控制安全裝置的示意圖。

斜巷運(yùn)行列車通過安全裝置的提升作業(yè)的流程是（以下行為例）：卡軌車到達(dá)電動(dòng)阻車器→手動(dòng)打開電動(dòng)阻車器、氣動(dòng)擋車欄→一卡軌車?yán)^續(xù)下行過氣動(dòng)擋車欄→關(guān)閉電動(dòng)阻車器、氣動(dòng)擋車欄→打開電動(dòng)跑車防護(hù)欄→卡軌車?yán)^續(xù)下行過電動(dòng)跑車防護(hù)欄→關(guān)閉電動(dòng)跑車防護(hù)欄→卡軌車?yán)^續(xù)下行[1-2]。

圖1 變坡點(diǎn)處安全裝置示意圖（功能擴(kuò)展前）

2 北一11-2 軌道下山卡軌車提升系統(tǒng)存在的問題

斜巷提升系統(tǒng)的車運(yùn)行部分與安全裝置開閉部分是分別獨(dú)立的兩個(gè)子系統(tǒng)，分別由兩名職工來控制，一二者互相獨(dú)立，互不影響。這樣帶來如下幾個(gè)問題：

1）增加上口變坡點(diǎn)處信號(hào)工勞動(dòng)強(qiáng)度。信號(hào)工除了要按照規(guī)定進(jìn)行打點(diǎn)作業(yè)，還要時(shí)刻關(guān)注卡軌車運(yùn)行位置狀態(tài)，以便控制電動(dòng)阻車器、氣動(dòng)擋車欄和電動(dòng)跑車防護(hù)欄等安全裝置。

2）現(xiàn)場(chǎng)條件使其操作不便。該斜巷上口變坡點(diǎn)處打點(diǎn)硐室門口有多路大口徑的制冷管路通過，信號(hào)工的視線完全被擋住。為觀察卡軌車運(yùn)行位置狀態(tài)，信號(hào)工必須起身趴在制冷管路上伸頭觀望，而操作裝置在水管內(nèi)側(cè)下方，邊觀察邊操作極為不便。

3）人為造成斜巷提升安全隱患。操作人員在休息不足、精神狀態(tài)不佳等情況下，容易誤操作，安全裝置打開或關(guān)閉不及時(shí)，造成卡軌車碰撞安全裝置，給該斜巷的安全生產(chǎn)帶來隱患。

4）該斜巷控制系統(tǒng)并未對(duì)卡軌車的行程范圍作出限制，萬一發(fā)生意外，卡軌車以非控制速度下行或上行超出正常行程范圍，將釀成不可估量的嚴(yán)重事故，嚴(yán)重影響斜巷運(yùn)輸安全。

3 卡軌車與安全裝置聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)上面所提出的問題，結(jié)合斜巷安全裝置的相關(guān)要求，梳理出本次功能擴(kuò)展的設(shè)計(jì)目標(biāo)：

1）上平處電動(dòng)阻車器與變坡點(diǎn)下方的電動(dòng)跑車防護(hù)欄聯(lián)鎖，兩者不能同時(shí)打開。

2）電動(dòng)阻車器和電動(dòng)跑車防護(hù)欄經(jīng)常關(guān)閉，只有車輛通過時(shí)方可打開。

3）電動(dòng)阻車器和電動(dòng)跑車防護(hù)欄實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，與卡軌車聯(lián)動(dòng)，即卡軌車運(yùn)行到安全裝置前自動(dòng)打開，過安全裝置后自動(dòng)關(guān)閉。

4）機(jī)頭前及尾輪處安裝限位裝置，限制卡軌車運(yùn)行范圍。

3.2 設(shè)計(jì)思路

在現(xiàn)有的硬件基礎(chǔ)之上，盡可能地不增加或少增加電氣設(shè)備、元器件，通過修改軟件來解決存在的問題，這是這次功能擴(kuò)展設(shè)計(jì)的總思路、總原則。結(jié)合該條斜巷現(xiàn)有的硬件環(huán)境，欲實(shí)現(xiàn)上述三個(gè)目標(biāo)，只需要對(duì)卡軌車提升系統(tǒng)的控制器SEMENS S7-300的CPU 模塊型號(hào)由CPU315 換成CPU315-2DP，以便通過PROFIBUS-DP 來實(shí)現(xiàn)卡軌車提升系統(tǒng)與安全裝置系統(tǒng)之間的現(xiàn)場(chǎng)通訊；另外充分利用以前改造升級(jí)未拆除的兩處限位開關(guān)傳感器作為卡軌車位置校正點(diǎn)，同時(shí)在卡軌車適當(dāng)位置安裝水磁鐵，用于采集卡軌車的位置信號(hào)，以提供控制系統(tǒng)對(duì)卡軌車位置進(jìn)行對(duì)比校正。最后在卡軌車機(jī)頭前和尾輪處分別安裝限位開關(guān)傳感器，以控制卡軌車的行程范圍。本設(shè)計(jì)共置換PLC CPU 模塊1 個(gè)，新增限位開關(guān)傳感器2 個(gè)、水磁鐵1 個(gè)以及信號(hào)線纜若干。

3.3 卡軌車與安全裝置聯(lián)鎖系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制原理

圖2 為變坡點(diǎn)處安全裝置示意圖（功能擴(kuò)展后）所示，以卡軌車機(jī)頭為參照原點(diǎn)，向下1 500 m范圍內(nèi)是卡軌車爬行段，向下188 m 處是一個(gè)變速點(diǎn)，向下98 m 和198 m 處分別是卡軌車位置校正點(diǎn)I 和II。

圖2 變坡點(diǎn)處安全裝置示意圖（功能擴(kuò)展后）

當(dāng)卡軌車下行時(shí)，爬行段保持小于0.4 m/s 的低速運(yùn)行，過了爬行段卡軌車速度由司機(jī)控制，當(dāng)卡軌車經(jīng)過原點(diǎn)向下98 m 處的位置校正點(diǎn)I 時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)限制車速在0.8 m/s 以內(nèi)。同時(shí)它會(huì)收到傳感器發(fā)送的位置信號(hào)，系統(tǒng)自動(dòng)將該信號(hào)與絞車上的縮碼器信號(hào)進(jìn)行對(duì)比校正，如果位置信息正確，阻車器自動(dòng)打開，卡軌車通行；如若位置信息不正確，阻車器維持關(guān)閉，卡軌車自動(dòng)停車等待處理。當(dāng)卡軌車完全通過阻車器到達(dá)指定行程時(shí)，阻車器自動(dòng)關(guān)閉。阻車器關(guān)閉不到位，卡軌車自動(dòng)停車等待處理；阻車器關(guān)閉到位后跑車防護(hù)裝置方可自動(dòng)打開，卡軌車?yán)^續(xù)行駛當(dāng)卡軌車達(dá)到188 m 處的變速點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)解除車速限制，司機(jī)將控制車速。當(dāng)卡軌車完全通過跑車防護(hù)裝置達(dá)到198 m 處的位置校正點(diǎn)II 時(shí)，跑車防護(hù)裝置自動(dòng)關(guān)閉，如果跑車防護(hù)裝置不能關(guān)閉到位，卡軌車自動(dòng)停車等待處理。

當(dāng)卡軌車上行，卡軌車經(jīng)過位置校正點(diǎn)II 時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)收到傳感器發(fā)送的位置信號(hào)，系統(tǒng)自信號(hào)與絞車上的編碼器信號(hào)進(jìn)行對(duì)比校正，如果行程正確，跑車防護(hù)裝置自動(dòng)打開，卡繼續(xù)行駛，期間當(dāng)卡軌車通過變速點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)限制車速到0.8 m/s以內(nèi)；如果行程不正確，跑車防護(hù)裝置維持關(guān)閉狀態(tài)，卡軌車自動(dòng)停車等待處理。當(dāng)卡軌車完全通過跑車防護(hù)裝置到達(dá)指定行程時(shí)，跑車防護(hù)裝置自動(dòng)關(guān)閉。跑車防護(hù)裝置關(guān)閉到位，阻車器方可自動(dòng)打開，卡軌車?yán)^續(xù)行駛；跑車防護(hù)裝置關(guān)閉未到位，跑車防護(hù)裝置維持關(guān)閉，卡軌車自動(dòng)停車等待處理，當(dāng)卡軌車完全通過阻車器到達(dá)位置校正點(diǎn)I 時(shí)，阻車器自動(dòng)關(guān)閉；如果阻車器關(guān)閉未到位，卡軌車自動(dòng)停車等待。圖3 是卡軌車下行時(shí)，控制系統(tǒng)關(guān)于安全裝置之間聯(lián)鎖以及與絞車聯(lián)動(dòng)的程序流程圖。卡軌車上行時(shí)與之流程相反，不再贊述。

一般而言，卡軌車正常運(yùn)行范圍要小于本次功能擴(kuò)展在機(jī)頭前及尾輪處安裝限位傳感器之間的范圍，當(dāng)發(fā)生意外情況時(shí)，卡軌車以非控制速度通過限位傳感器，控制系統(tǒng)便接收到限位信號(hào)而自動(dòng)停車，以保證卡軌車在正常的范圍內(nèi)運(yùn)行[3-5]。

圖3 控制系統(tǒng)關(guān)于安全裝置之間聯(lián)鎖以及與絞車聯(lián)動(dòng)的程序流程圖

4 結(jié)論

該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了斜巷運(yùn)輸卡軌車和斜巷安全裝置之間的聯(lián)鎖，限制了卡軌車的行程范圍，提高了斜巷運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，排除了斜巷運(yùn)輸?shù)陌踩[患，一定程度上提升了斜巷運(yùn)輸系統(tǒng)的安全系數(shù)，經(jīng)過功能擴(kuò)展后在西曲礦進(jìn)行了多日的實(shí)際應(yīng)用，效果非常顯著，滿足了該煤礦的相關(guān)要求，該設(shè)計(jì)具有較好的實(shí)際應(yīng)用推廣價(jià)值。