基于組態(tài)王及PLC的架空乘人裝置電控系統(tǒng)研究

王強強

（山西汾西礦業(yè)（集團）有限責任公司賀西煤礦，山西 柳林 033300）

隨著礦井采掘范圍的擴展，工作人員從地面到作業(yè)點路程不斷增加，同時井下布置有各種斜巷，若采用步行方式行走至作業(yè)點需要耗費大量的體力以及時間，從而在一定程度上制約礦井生產(chǎn)[1～3]。架空乘人裝置憑借其適應性強、運輸效率高、安全可靠等優(yōu)點在煤礦井下應用較為廣泛[4～6]。為了更好的促進架空乘人裝置運行，本文基于組態(tài)王及PLC對架空乘人裝置電控系統(tǒng)進行研究，以期達到降低設備磨損及能耗，并提高架空乘人裝置使用壽命的效果。

1 架空乘人裝置電控系統(tǒng)結構

1.1 總體結構

架空乘人裝置電控系統(tǒng)結構主要包括有地面控制PC、監(jiān)控分站、井下PLC主站等。地面控制PC用以監(jiān)測并控制架空乘人裝置運行；PLC主站用以采集各監(jiān)控分站信息并將數(shù)據(jù)經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸給地面控制PC，與就地控制箱進行數(shù)據(jù)交互；機尾監(jiān)控分站用以采集到站、越站、上下人以及重錘等信號；其余的監(jiān)控分站用以采集各安全傳感器信號、甩道開車信號等。具體電控系統(tǒng)結構見圖1。

圖1 架空乘人裝置電控系統(tǒng)結構

電控系統(tǒng)運行原理為[7～8]：上位機控制PLC運行，PLC通過控制程序發(fā)出控制指令給抱閘繼電器并經(jīng)過2s延時與主電動機接觸器聯(lián)通，同時通過主電動機接觸器將控制信號傳輸給變頻器或磁力啟動器，實現(xiàn)架空乘人裝置軟啟動。當控制臺或上位機發(fā)出復位、停止、檢修等功能指令時，可通過PLC實現(xiàn)復位、停止以及檢修控制。外部各保護開關與PLC控制器連接，實現(xiàn)架空乘人裝置的各項保護功能。

1.2 硬件結構

1.2.1硬件選型

架空乘人裝置往返運輸井下作業(yè)人員，對系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及可靠性有較高要求。為此，PLC選用可靠性強、模塊化的S7-1200系列，具體PLC各功能模塊結構見表1。上述功能模塊應按照預先排列順序在導軌上布置，具體分布見圖2。

表1 功能模塊參數(shù)

圖2 模塊排布序列

1.2.2 硬件結構組成

架空乘人裝置電控系統(tǒng)涉及到的硬件結構有PLC控制器、輸入及輸出模塊、外圍安全傳感器、交換機、防爆語音箱等。PLC是整個電控系統(tǒng)核心單元，外圍布置的各類安全傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)通過模擬量輸入模塊傳輸給PLC，PLC通過控制繼電器來控制架空乘人裝置運行。

外圍安全傳感器主要有拉線、電流、溫度、紅外、壓力、脫繩以及速度傳感器等，從而以各類傳感器監(jiān)測結果及時判斷架空乘人裝置是否出現(xiàn)運行故障，在一定程度上提升架空乘人裝置運行可靠性。具體硬件結構組成見圖3。

2 架空乘人裝置電控系統(tǒng)軟件結構

根據(jù)上述功能的需要，分配PLC控制器中I/O點，確定外部輸入元件與PLC內(nèi)部I/O點的連接對應關系，并完成對I/O點地址的定義，從而便于后續(xù)的電控系統(tǒng)軟件結構設計。具體電控系統(tǒng)部分輸入輸出代碼及去向見表2。

表2 PLC部分端口I/O分配

電控系統(tǒng)開始運行后，語音警報裝置首先發(fā)出5 s峰鳴聲表示架空乘人裝置馬上啟動運行，乘坐人員應注意安全。隨后安全閘解除制動，制動器電機啟動后制動器解除制動，主電動機通過減速器帶動架空乘人驅動裝置運轉。在主電動機運行前對電動機及整個系統(tǒng)進行檢查，若發(fā)現(xiàn)故障狀態(tài)則停止電動機啟動，制動器及安全閘重新動作；若電控系統(tǒng)及主電動機均無故障則主電動機正常啟動運行。主電動機運行2 s后由計算器對是否出現(xiàn)超載進行判定，若超載則主電動機停止運行并發(fā)出超載預警；若不超載則架空乘人裝置正常運行。

在電控系統(tǒng)正常運行過程中，通過各安全傳感器檢測架空乘人裝置運行情況，若檢測到有故障信息則電控系統(tǒng)發(fā)出報警信息并顯示故障發(fā)生位置。具體電控系統(tǒng)軟件控制流程見圖4。

圖4 電控系統(tǒng)軟件控制流程

架空乘人裝置電控系統(tǒng)根據(jù)運輸需要應具備自動、手動、檢修、就地等控制模塊式，同時上位機可顯示架空乘人裝置的運行狀態(tài)（如在乘人數(shù)、運行速度、故障信息等）。在架空乘人裝置運行沿線布置有語音警報裝置，上下車點均具備語音警示功能，且沿線布置的通話裝置應與地面監(jiān)控中心直接通話。在機頭、機械尾以及大邊坡點等位置布置脫繩保護，傳感器對電機電壓、電流等進行監(jiān)測，當監(jiān)測異常時電控系統(tǒng)即會發(fā)出報警信號。在上下口及中部位置設置緊急停車按鈕，當任一位置緊急停車按鈕啟動后，必須手動復位，架空乘人裝置才可繼續(xù)運行。

3 結語

架空乘人裝置在礦井工作人員運輸中具有廣泛應用，提升架空乘人裝置電控系統(tǒng)運行可靠性及穩(wěn)定性，對確保運輸安全具有重要意義。本文依據(jù)煤礦行人運輸技術要求，根據(jù)相關要求規(guī)范，基于組態(tài)王以及PLC提出的一種架空乘人裝置電控系統(tǒng)，可實現(xiàn)對架空乘人裝置的精準控制、便捷操作、遠程監(jiān)控及架空乘人裝置的無人值守，取得較好的應用效果。