猴車智能控制系統(tǒng)設(shè)計分析

韓 劍

（汾西礦業(yè)高陽煤礦， 山西 呂梁 032300）

引言

猴車作為礦井生產(chǎn)運輸環(huán)節(jié)的核心設(shè)備，因其所獨具的上下人便捷、操作維護簡捷、可隨到隨行等特點，在煤礦井下生產(chǎn)的人員運輸中獲得了廣泛的應(yīng)用。而猴車系統(tǒng)的智能化控制技術(shù)作為現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)建設(shè)所不可或缺的核心構(gòu)成要素，對整個礦井井下生產(chǎn)的安全開展和高效開展有著直接的影響。因此，增強對猴車智能控制系統(tǒng)設(shè)計的研發(fā)和探究成為了眾多礦井技術(shù)人員所關(guān)注的焦點。

1 猴車智能系統(tǒng)設(shè)計要點分析

猴車智能系統(tǒng)設(shè)計要點主要包括地面監(jiān)控中心和井下控制主站，其中地面控制中心的主要功能為對井下猴車運行狀況進行遠程實時監(jiān)測，并對運行的相關(guān)數(shù)據(jù)進行存儲和分析，為其運行的最優(yōu)化提供數(shù)據(jù)參照；井下控制主站的主要功能為借助PLC智能系統(tǒng)通過分析比對猴車實時運行數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)正常數(shù)據(jù)，能夠發(fā)現(xiàn)運行中存在的各類故障隱患，并發(fā)出相應(yīng)警報，為猴車安全運行提供根本保證[1]。

2 猴車智能系統(tǒng)整體設(shè)計分析

完整的猴車智能系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)由地面監(jiān)控中心、井下控制主站和井下遠程I/O（輸入/輸出）分站所構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。地面監(jiān)控系統(tǒng)借助組態(tài)運行軟件對猴車井下運行狀況進行實時監(jiān)測并對相關(guān)運行數(shù)據(jù)進行記錄存儲；井下控制主站選擇S7-300型PLC智能控制端，通過分析比對猴車運行數(shù)據(jù)，達成對猴車運行的安全調(diào)控。而井下控制主站通地面監(jiān)控中心的連接借助覆蓋全礦井的工業(yè)以太網(wǎng)予以實現(xiàn)，以太網(wǎng)采取CP343-1通訊模塊，借助Rrofibus-DP通訊協(xié)議實現(xiàn)整個礦井范圍內(nèi)的有效遠程通訊[2]。

圖1 猴車智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架示意圖

2.1 井下控制主站

對于井下控制主站而言，其主要設(shè)備分布布設(shè)示意圖如下圖2所示。

2.1.1 控制箱硬件分析

控制箱作為猴車智能控制系統(tǒng)井下控制主站的核心組件，主要由繼電裝置和PLC系統(tǒng)構(gòu)成，其中PLC用于對系統(tǒng)所采集猴車運行數(shù)據(jù)進行比對分析后，對電機、液壓站及報警裝置等系統(tǒng)主要設(shè)備予以調(diào)控。整個系統(tǒng)中共設(shè)置1條電流模擬信號線路和40個數(shù)字量I/O點，其中數(shù)字量連接點囊括按鈕控制信號點、檢測信號點和傳感信號點等，譬如越位保護訊號、上人感應(yīng)信號、操作控制按鈕信號燈。各數(shù)字量I/O點數(shù)量統(tǒng)計表如下頁表1所示[3]：

對于正常作業(yè)而言，當(dāng)PLC接收到控制中心發(fā)出的啟動信號時（信號來源為上人感應(yīng)裝置檢測到由工人上車或上位機開車信號或機頭機尾開車按鈕信號），PLC首先向機頭、機尾上人警報裝置發(fā)出指令，隨后上人預(yù)警裝置預(yù)警3 s，系統(tǒng)依次開啟電機控制裝置、液壓制動裝置及液壓驅(qū)動裝置，最后猴車正式啟動運行。在運行時，若中間無人再上車，則猴車運行滿10 min后自行停車；若中間有人上車，系統(tǒng)則自動刷新運行計時。此外，在運行過程中若遠程監(jiān)測系統(tǒng)檢測到出現(xiàn)礦工越位、電機過載、猴車超（欠）速等異常信號，則會立即中斷供電，停止猴車運行并發(fā)出警報[4-5]。

表1 猴車智能控制箱系統(tǒng)數(shù)字量I/O點數(shù)量統(tǒng)計表

2.1.2 控制箱軟件分析

井下控制主站軟件程序選用梯形圖語言進行編制，采取結(jié)構(gòu)化編程技術(shù)，整個程序細化為主程序塊1個和子程序塊3個，并通過主程序塊對3個子程序的運行和使用進行統(tǒng)一調(diào)配。井下主站控制程序流程示意圖如圖3所示。

圖3 井下主站控制程序流程示意圖

2.1.3 操作臺

通過操作臺，井下作業(yè)人員能夠?qū)镘囎鳂I(yè)方式和控制方式予以設(shè)置。作業(yè)方式主要包括兩種，分別為正常模式和強制模式，其中前者是系統(tǒng)保護發(fā)生后，相關(guān)信號及時傳輸至控制主站，經(jīng)過系統(tǒng)處理后發(fā)出相應(yīng)操控指令，并予以動作；后者是系統(tǒng)保護發(fā)生后，系統(tǒng)在脫離保護信號的情況下對猴車作業(yè)進行控制?？刂品绞娇杉毣癁檫h程控制、近程控制和自動控制三種，其中遠控指通過地面遠程監(jiān)控系統(tǒng)對猴車運行進行操控；近控指通過井下操作平臺對猴車運行進行直接控制；自動控制指系統(tǒng)在無人管控的情況下，自行依據(jù)上下人情況對猴車運行進行智能操控。一般，當(dāng)采取遠控和近控模式時，系統(tǒng)只可開展當(dāng)前控制；而當(dāng)控制方式為自動控制時，可同步實現(xiàn)遠控與近控操作，并依照“先到先執(zhí)行”的原則進行操控[6]。

2.2 地面監(jiān)控中心

地面監(jiān)控中心依托專業(yè)為組態(tài)管控軟件為核心進行構(gòu)建，能夠?qū)潞镘嚨倪\行提供遠程可視化監(jiān)控、數(shù)據(jù)實時獲取等多種功能。地面監(jiān)控中心主系統(tǒng)監(jiān)控界面示意圖，如圖4所示。

圖4 地面監(jiān)控中心主系統(tǒng)監(jiān)控界面示意圖

整個監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠針對不同級別作業(yè)人員設(shè)定不同操作權(quán)限，以確保運行的安全有效，同時還能對猴車運行中的各類工況參數(shù)（電機轉(zhuǎn)速、人員運載量等）進行預(yù)設(shè)，在運行中通過比對分析及時發(fā)送潛在安全隱患，并予以預(yù)警和防范，最大化提升運行作業(yè)安全。

3 結(jié)語

猴車作為井下生產(chǎn)運輸環(huán)節(jié)的關(guān)鍵構(gòu)成組件，其運行狀態(tài)對礦井作業(yè)效率有著顯著影響。礦井管理者應(yīng)當(dāng)對其控制管理予以高度重視，積極組織專業(yè)技術(shù)力量，開展猴車智能控制分析研究，改變以往傳統(tǒng)人工操作方式，從而實現(xiàn)操作時效性的顯著提升。

[1] 劉穩(wěn)，曹海洋，武燦，等.礦井中猴車自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].煤礦機械，2012，33（7）：164-166.

[2] 李洪國，朱德躍.礦井猴車智能控制系統(tǒng)設(shè)計[J].科技信息，2012（27）：423；449.

[3] 宋梁亮，葛笑寒.猴車系統(tǒng)使用與改造[J].輕工科技，2012，28（9）：72-73.

[4] 郭建鋒，鄭權(quán).猴車系統(tǒng)存在的問題及改造辦法[J].科技風(fēng)，2017（6）：133-134.

[5] 陸中華.礦井中猴車自動控制系統(tǒng)設(shè)計分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（5）：111.

[6] 耿海洲，胡業(yè)林，易強，等.基于PLC控制的新型節(jié)能猴車控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].煤礦機械，2015，36（9）：275-277.