猴車自動控制系統(tǒng)設計與應用

張建雄

（汾西礦業(yè)香源煤業(yè)有限責任公司，山西 交城 030500）

引言

猴車是煤礦井下常用的行人運輸設備，具備隨到隨用、便于人員上下以及現場操控簡單等優(yōu)點[1]。將猴車應用到大坡度或者長距離巷道中可顯著縮短作業(yè)人員上下井耗時并降低作業(yè)人員勞動強度。現階段猴車控制系統(tǒng)多是安排專門的值守人員控制猴車運行，不僅自動化程度低而且無法將控制信號以及猴車運行情況傳輸給地面控制中心[2-3]。為此，對猴車自動控制系統(tǒng)展開研究，通過采用PLC 控制器獲取猴車沿線布置的各類安全傳感器監(jiān)測信號，而且通過礦井已有工業(yè)環(huán)網將控制信息傳輸給地面監(jiān)控中心，從而提高猴車運行的自動化程度以及可靠性。

1 猴車結構及控制系統(tǒng)設計要求

1.1 猴車結構

井下布置的猴車結構見圖1 所示，主要組成包括有防爆電機、驅動輪、抱鎖器、配重塊、牽引鋼絲繩等。在防爆電機帶動下鋼絲繩沿著驅動輪循環(huán)轉動，從而將作業(yè)人員帶至乘車點[4]。

圖1 猴車結構圖

1.2 控制系統(tǒng)設計要求

設計的猴車自動控制系統(tǒng)可對猴車運行情況進行實時監(jiān)測，當猴車沿線出現問題后自動控制系統(tǒng)可快速響應，從而避免問題或者故障擴大化。通過井下環(huán)網可將猴車運行信息傳輸給地面監(jiān)控中心，監(jiān)控中心會存儲猴車運行記錄，從而為后續(xù)的猴車管理提供指導[5-6]。

自動控制系統(tǒng)可根據是否有人員乘坐對運輸速度進行自動調節(jié)，當有人員乘坐時猴車按照預先設定速度運行；當無人員乘坐時為了降低猴車能耗，則猴車保持低速運行。

2 自動控制系統(tǒng)設計

2.1 整體結構

設計的猴車自動控制系統(tǒng)結構包括有地面監(jiān)控系統(tǒng)、井下監(jiān)控主站以及遠程I/O 分站等構成，具體結構見圖2。井下監(jiān)控主站通過S7-1200 系列PLC控制器采集猴車沿線布置的各類傳感器監(jiān)測信號、遠程I/O 分站信號，實現對猴車運行的安全控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)接收來至于井下監(jiān)控主站傳輸的各類控制信號，并在顯示屏上實時顯示猴車運行參數。地面監(jiān)控系統(tǒng)、井下監(jiān)控主站間采用工業(yè)以太網通信，與遠程I/O 分站采用Profibus-DP 協(xié)議通信。

圖2 自動控制系統(tǒng)結構

2.2 井下監(jiān)控主站

具體井下監(jiān)控主站主要設備配備情況見下頁圖3所示。

圖3 監(jiān)控主站主要設備配備情況

2.2.1 控制箱

監(jiān)控主站中控制箱是核心組成部件，主要結構為繼電器、PLC，其中PLC 用以采集布置的各類傳感器監(jiān)測參數，并對監(jiān)測參數進行綜合分析處理，自動對防爆電機、報警器以及液壓站等設備運行進行控制。文中構建的井下監(jiān)控主站有40 路數字量I/O點、1 路電流模擬信號。數字量信號主要對各類檢測設備、控制按鈕信號以及保護器信號等進行傳輸，具體有操作臺按鈕信號、上下人傳感器信號以及越為保護信號等。

猴車上、下乘坐點位置通過布置各類傳感器對停車、吊椅間距、速度、越位、掉繩保護以及防滑等內容進行實時監(jiān)測，采用計數傳感器可準確掌握架空乘人裝置上乘坐人員數量。猴車在正常工作狀態(tài)時，PLC 接收監(jiān)測到有人員乘坐時（上下車傳感器發(fā)出監(jiān)測信號），PLC 向變頻控制器發(fā)出控制指令，提高變頻器輸出頻率，從而使得猴車按照預先設定速度運行。在運行期間發(fā)現猴車上無人員乘坐時，猴車按照原有速度繼續(xù)運行10 min，后緩慢降低速度，保持低速運行。猴車運行時當控制系統(tǒng)監(jiān)測到有礦工越位、電機過載、拉線開關以及猴車欠超速等信號時則立即停止運行，并發(fā)出預警信息提醒人員及時前去處理。猴車停止運行后，為了確保運行安全，僅能通過手動方式啟動。

2.2.2 控制箱運行控制程序

控制箱運行控制程序使用梯形圖語言編寫，具體將控制程序劃分為OB1 主程序塊（1 個）、子程序塊（3 個），主程序塊可對子程序塊進行組織、調用。

2.2.3 操作臺

操作臺可實現對猴車控制方式選擇以及工作方式調整，其中控制方式有自動控制、遠程控制以及就地控制；工作方式包括有正常工作方式、強制工作方式兩種。

自動控制方式是猴車控制系統(tǒng)在無人值守情況下自動根據上下人情況控制猴車運行；遠程控制方式是在監(jiān)控中心遠程控制猴車運行；就地控制方式是作業(yè)人員在現場手動控制猴車運行。猴車工作方式中正常工作方式是控制系統(tǒng)接收來至于沿線各傳感器信息，控制系統(tǒng)對信息綜合處理后控制猴車運行；強制工作方式是控制系統(tǒng)不受保護信號影響保持猴車運行。

2.3 地面監(jiān)控系統(tǒng)

地面監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控程序采用組態(tài)王開發(fā)，通過組態(tài)王可實現監(jiān)控數據的獲取、可視化顯示以及監(jiān)控等功能。地面監(jiān)控系統(tǒng)可實時顯示井下猴車人員乘坐變化情況、猴車運行速度、電機運行參數等。具體監(jiān)控系統(tǒng)結構有用戶、狀態(tài)以及功能三部分，具體見圖4。

圖4 架空乘人裝置監(jiān)控軟件功能構成

3 應用效果

結合以往研究成果設計一種猴車自動控制系統(tǒng)，主要結構包括有井下監(jiān)控主站、地面監(jiān)控系統(tǒng)，并通過已有的工業(yè)以太網環(huán)網將井下監(jiān)控主站與地面系統(tǒng)相連接，實現猴車的遠程監(jiān)控。現場應用后，該猴車監(jiān)控系統(tǒng)運行平穩(wěn)，可依據猴車是否有人員乘坐對運行速度進行調整，同時猴車運行狀態(tài)會實時傳輸給地面監(jiān)控中心，當出現故障時監(jiān)控中心會及時發(fā)出預警信息。通過使用猴車自動控制系統(tǒng)，井下無需安排專人對猴車運行進行值守，現場應用取得較為顯著成果。