礦用斜巷常閉式跑車綜合防護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)

羅鋒華+++席自強(qiáng)

摘 要：在煤礦開采施工當(dāng)中，煤礦跑車事故是時有發(fā)生的，它幾乎占到整個礦井運(yùn)輸提升機(jī)電施工事故中的50%比例，且依然處于上升趨勢。為了確保煤礦生產(chǎn)施工安全，文章分析了基于PLC控制的礦用斜巷常閉式跑車綜合防護(hù)系統(tǒng)，主要對它的系統(tǒng)程序編寫與硬件部分設(shè)計改進(jìn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：礦用斜巷常閉式跑車綜合防護(hù)系統(tǒng)；礦井運(yùn)輸；PLC控制；程序設(shè)計

在煤礦開采生產(chǎn)過程中，傾斜井巷主要被應(yīng)用于礦井提升運(yùn)輸系統(tǒng)，它也是礦井生產(chǎn)最重要的環(huán)節(jié)部分，直接參與煤炭、巖石材料提升和設(shè)備材料下放等施工任務(wù)，另外也包括對礦井施工人員的升降送達(dá)任務(wù)。所謂礦井跑車事故多是由于煤礦斜巷在提升過程中，絞車提拉礦車由于重力分力作用而造成脫鉤現(xiàn)象，促使礦車沿軌道方向異常運(yùn)行。它不但能造成井巷及設(shè)備損壞，也能造成人員傷亡，后果不堪設(shè)想，必須對其加以綜合防護(hù)改善。

1 PLC控制系統(tǒng)的選用

就傳統(tǒng)煤礦礦井運(yùn)輸工作而言，它所采用的跑車防護(hù)控制裝置方式主要包括繼電器控制、單片機(jī)控制、工業(yè)計算機(jī)控制等等。這些傳統(tǒng)控制方式在實踐運(yùn)用中均暴露出體積偏大、可靠性不強(qiáng)、系統(tǒng)設(shè)計、安裝及調(diào)試工作量大且復(fù)雜，故障率偏高等問題，不能完全確保礦井運(yùn)輸?shù)?00%綜合有效防護(hù)，還會為礦井運(yùn)輸及施工帶來安全威脅。而就目前的眾多應(yīng)用技術(shù)來看，基于可編程序控制器原理的PLC控制系統(tǒng)則效果更好，它具有無可替代的技術(shù)優(yōu)勢，對礦井運(yùn)輸施工惡劣環(huán)境也具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，以下給出PLC控制系統(tǒng)的基本工作原理。

將PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用于傾斜井巷跑車體系中，其關(guān)鍵就是以PLC控制器為控制核心的礦用跑車綜合防護(hù)系統(tǒng)構(gòu)建。它主要是將傳感器分別安裝于軌道各處，希望起到測速與到達(dá)的作用，同時將其它傳感器安裝于擋車欄配套部件上，作為限位傳感器來檢測擋車欄的實際提升與下放狀態(tài)。在整個控制過程中，PLC則起到結(jié)合傳感器信號來判斷礦井跑車實際運(yùn)行狀態(tài)的作用，并能夠基于不同狀態(tài)而發(fā)出各種動作指令[1]。

2 基于PLC控制系統(tǒng)的礦用斜巷常閉式跑車綜合防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 基本工作原理分析

基于PLC控制系統(tǒng)來設(shè)計跑車綜合防護(hù)系統(tǒng)，其系統(tǒng)工作流程如下：首先為系統(tǒng)上電，保證PLC控制器能夠持續(xù)產(chǎn)生24V直流電，并將PLC控制器與所有傳感器相連，確保傳感器處于待工狀態(tài)，再基于PLC自動判別功能來將攔車網(wǎng)門下放到位。

當(dāng)?shù)V車正式下行工作過程中，首先要將礦車軌道傳感器下行穿越它們的時間信號，并將信號傳遞到PLC控制器位置，看其控制器是否能完成對礦車速度的正常判定，如果判定礦車在正常運(yùn)行速度范圍，則PLC會控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，并上提攔車網(wǎng)門。攔車網(wǎng)門到位以后，就要借助傳感器發(fā)出上提到位信號，此時PLC叫停運(yùn)行電機(jī)，為礦車下行發(fā)出下行信號，再次放下攔車網(wǎng)門。此時礦車車門會處于常閉狀態(tài)，并開始下行。PLC在礦車下行期間不會控制電機(jī)工作，主要利用攔車網(wǎng)門來攔住礦車以達(dá)到保障斜井下方設(shè)備與工作人員安全的目的，如圖1。

如圖1中的跑車綜合防護(hù)系統(tǒng)，其中5、7、9位置均為位置傳感器，3和8為限位傳感器，1為絞車，2為電機(jī)，4為擋車欄。

2.2 PLC控制程序的編寫設(shè)計

可以將整個斜巷常閉式跑車防護(hù)裝置視為是一套完整的機(jī)械智能程序，它主要包含了系統(tǒng)自檢、車輛行駛狀態(tài)判斷、擋車攔提升及下放分支環(huán)節(jié)。因此在設(shè)計過程中，必須對它們進(jìn)行分段式程序編寫描述，然后再組合成為一套完整的具有豐富功能的程序體系，以下主要從兩方面內(nèi)容來談。

2.2.1 礦車行駛狀態(tài)判定程序的設(shè)計。一般來說，煤礦傾斜井巷中的礦車軌道均為單向車道，所以礦車在其中只能保持上行或下行一種狀態(tài)。基于PLC的控制系統(tǒng)主要通過傳感器來觸發(fā)實時反映，技術(shù)人員以此來判斷礦車在礦井中的實時運(yùn)作狀態(tài)。具體來講，如果礦車正在進(jìn)行下行動作，則PLC會主動判斷它通過傳感器的位置與速度，并決定是否傳遞信號啟動攔車攔電機(jī)，看是否需要對其實施提升動作。為此，傾斜井巷中會專門設(shè)置紅綠燈交通管理裝置來指示礦車運(yùn)動狀態(tài)，如果是紅燈，礦工就會明確礦車正在進(jìn)行下行運(yùn)動，直到礦車完全通過擋車欄被下放到礦井底部后，綠燈才會亮起。

PLC控制系統(tǒng)在整個操作過程中會設(shè)置擋車欄提升信號及下放信號，并通過程序體系中的關(guān)鍵導(dǎo)通程序來驅(qū)動提升信號，以判斷礦車到底正處于上行還是下行狀態(tài)?？紤]到礦車會從兩方向來通過擋車欄，所以PLC控制系統(tǒng)會命令導(dǎo)通程序來掃描礦車運(yùn)行周期，確認(rèn)礦車的實時狀態(tài)[2]。

2.2.2 擋車欄的提升與下放信號設(shè)計。擋車欄也是基于礦車對PLC傳感器的觸發(fā)狀態(tài)來展開運(yùn)行操作的，分別存在提升與下放兩種動作狀態(tài)。一般情況下，絞車房會設(shè)置擋車欄的提升及下放按鈕，實現(xiàn)自動操作。但為了防備緊急特殊狀況，則還會設(shè)置兩個以人工手動控制為主的擋車欄下放與提升按鈕，確保實現(xiàn)對擋車欄開閉的實時有效控制。PLC控制系統(tǒng)專門設(shè)置了一個TZCP比較指令來實現(xiàn)擋車欄自動控制功能。此時如果Y0為On狀態(tài)，電機(jī)會正常運(yùn)轉(zhuǎn)，擋車欄也會正常執(zhí)行開門動作，直到碰到上限傳感器為止。而Y0在Off狀態(tài)時，擋車欄的打開作業(yè)會自動停止。

2.3 PLC控制程序的硬件設(shè)計

在該跑車綜合防護(hù)系統(tǒng)中，還應(yīng)該配合外部電路系統(tǒng)來輔助PLC控制，實現(xiàn)對整個防護(hù)系統(tǒng)的進(jìn)一步保護(hù)作用。以電機(jī)的正反轉(zhuǎn)為例，可以嘗試為其設(shè)置一套備用線路。

備用線路主要以三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制為主，圍繞它來設(shè)計主電路與集電器控制電路。這其中主電路主要依靠電氣線路強(qiáng)電流通過來控制電源開關(guān)、接觸器以及主觸頭，再控制熱繼電器發(fā)熱元件傳輸電流到電動機(jī)位置。另外輔助電路設(shè)計部分則主要包括了控制線路、信號線路、保護(hù)線路與照明。將繼電線路與接觸器線圈、觸頭、輔助觸頭、電笛以及其他電器元件組成一體，并通過強(qiáng)電流主電路和弱電流輔助電路來區(qū)別主輔電路，就能形成一套基于PLC系統(tǒng)控制保護(hù)的完整電機(jī)控制電路。

在其他硬件設(shè)計方面，主要圍繞煤礦工作環(huán)境的特殊性來制定特定設(shè)計要求。例如含有PLC控制器的電控箱可以設(shè)計為能夠承受爆炸性環(huán)境的隔爆兼容本安型電控箱，它主要對電控箱的外殼材質(zhì)及厚度進(jìn)行了有效加強(qiáng)，同時調(diào)整了電控箱隔爆面的光滑度與結(jié)合面的長度，對腔體的凈容積、安全間隙及密封程度設(shè)計也作出了嚴(yán)格規(guī)定。如此設(shè)計也是為了豐富PLC控制系統(tǒng)功能，做到對跑車綜合防護(hù)系統(tǒng)安全性及實用性的全面提升。

3 結(jié)束語

本文基于PLC控制系統(tǒng)探討了當(dāng)前礦用傾斜井巷常閉式跑車的綜合防護(hù)系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計過程，從安全可靠性方面大大提升了防護(hù)系統(tǒng)能效。當(dāng)然在實踐過程中也發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)誤動及延遲情況時有發(fā)生，這些都是需要在以后的研究實踐中加以修正和再次改造的。

參考文獻(xiàn)

[1]楊俊卿.礦用斜巷常閉式跑車防護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)[D].南昌大學(xué)，

2012：33-44.

[2]董曉斌.斜巷自動防跑車裝置的應(yīng)用[J].硅谷，2013（14）：70，80.

作者簡介：羅鋒華（1979-），男，江西南昌人，在職研究生，工程師，研究方向：電氣工程、PLC控制技術(shù)；席自強(qiáng)（1960-），男，湖北武漢人，博士，教授，研究方向：電能質(zhì)量檢測與控制、太陽能發(fā)電技術(shù)。