義海能源有限責(zé)任公司大煤溝煤礦 劉合山 劉青亮
針對煤礦井下風(fēng)門存在的問題,設(shè)計(jì)一種基于PLC的風(fēng)門自動控制裝置,介紹了無壓風(fēng)門的結(jié)構(gòu),給出了風(fēng)門PLC自動控制系統(tǒng)的組成及工作原理,分配了PLC輸入輸出地址,設(shè)計(jì)了PLC控制流程圖。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,安全可靠,提高風(fēng)門自動控制的可靠性。
煤礦井下風(fēng)門系統(tǒng)對于礦井通風(fēng)和安全生產(chǎn)來講都是至關(guān)重要的組成部分,目前很多煤礦井下風(fēng)門采用人工控制方式,自動化程度低,勞動強(qiáng)度大,影響運(yùn)輸效率。行人在關(guān)閉風(fēng)門時沖擊較大,容易出現(xiàn)風(fēng)門傷人事故。隨著礦井信息化自動化水平的提高,煤礦井下風(fēng)門自動控制顯得尤為重要([1]楊英兵,徐帥.現(xiàn)代化大型礦井氣動風(fēng)門的研究與應(yīng)用[J].煤礦安全,2018,49(S1):49-52;[2]張立輝,張運(yùn)增.補(bǔ)連塔煤礦井下同向氣動式自動風(fēng)門[J].煤礦安全,2017,48(S1):48-51;[3]肖琳.礦井用風(fēng)門的自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動化應(yīng)用,2013(6):92-94;[4]張俊.基于PLC的井下礦用風(fēng)門自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械,2012,33(4):161-163)。
本文針對大煤溝煤礦井下風(fēng)門存在的問題,設(shè)計(jì)一種基于PLC的風(fēng)門自動控制裝置,適用于煤礦井下風(fēng)門的自動控制,當(dāng)行人和礦車通過風(fēng)門時,風(fēng)門電控裝置實(shí)現(xiàn)風(fēng)門的自動開啟、關(guān)閉,同時實(shí)現(xiàn)閉鎖功能。
大煤溝煤礦井下風(fēng)門采用無壓風(fēng)門,無壓風(fēng)門也稱為壓力平衡式風(fēng)門,它通過機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)把風(fēng)壓轉(zhuǎn)化為內(nèi)力,當(dāng)該機(jī)械連桿機(jī)開啟時,保障風(fēng)門的開啟力與風(fēng)壓大小及風(fēng)向無關(guān),達(dá)到了平衡內(nèi)外風(fēng)壓的目的([5]劉志忠,聶立新,劉建慧.礦井自動風(fēng)門智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].礦山機(jī)械,2012,40(8):24-27;[6]韓素媛,吳波.基于PLC的平衡式自動風(fēng)門研究[J].科學(xué)之友,2013(1):11-12)。無壓風(fēng)門主要用于煤礦井下進(jìn)回風(fēng)巷和主要進(jìn)加風(fēng)巷之間每個聯(lián)絡(luò)巷中,是目前所用風(fēng)門的更新?lián)Q代產(chǎn)品。無壓風(fēng)門機(jī)械結(jié)構(gòu)分為硬連接機(jī)械驅(qū)動結(jié)構(gòu)和軟鏈接機(jī)械驅(qū)動結(jié)構(gòu)。從具體實(shí)現(xiàn)形式來分,又可細(xì)分為氣動和液壓兩種。軟連接機(jī)械驅(qū)動結(jié)構(gòu)由氣缸、支架、滑輪、鋼絲繩、配種等部分組成。氣缸、支架、滑輪等固定在機(jī)架上,牽引鋼絲繩一端固定在風(fēng)門的中部,另一端通過滑輪固定在機(jī)架上,機(jī)架固定在巷壁上。開門靠氣缸縮回牽引力帶動滑輪通過鋼絲繩把門拉開,關(guān)門時氣缸伸長,靠配重桶將風(fēng)門關(guān)閉。此種結(jié)構(gòu)需要配套相應(yīng)的閉鎖裝置。
由于PLC結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用方便,在工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛([4]張俊.基于PLC的井下礦用風(fēng)門自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械,2012,33(4):161-163;[5]劉志忠,聶立新,劉建慧.礦井自動風(fēng)門智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].礦山機(jī)械,2012,40(8):24-27;[6]韓素媛,吳波.基于PLC的平衡式自動風(fēng)門研究[J].科學(xué)之友,2013(1):11-12;[7]徐圣,李曉林.礦井風(fēng)門智能控制系統(tǒng)[J].煤礦安全,2013,44(8):94-95,98)。本文采用了PLC實(shí)現(xiàn)風(fēng)門自動控制。風(fēng)門具有自動控制、手動控制兩種工作模式,在停電或無氣源狀態(tài)下不影響人工開啟和關(guān)閉風(fēng)門。風(fēng)門開啟或關(guān)閉時,現(xiàn)場可實(shí)現(xiàn)語音聲光報(bào)警提示。自動控制風(fēng)門控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,它主要是由風(fēng)門驅(qū)動裝置、防爆電磁閥、PLC防爆控制箱、礦用本安型紅外傳感器、礦用熱釋光傳感器、礦用本安型接近開關(guān)、礦用隔爆型控制按鈕、語音聲光報(bào)警及其他附件組成。
圖1 風(fēng)門自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
風(fēng)門自動控制系統(tǒng)工作原理如下:礦用本安型紅外傳感器安裝在風(fēng)門兩側(cè),在風(fēng)門的兩端分別形成檢測區(qū)域,當(dāng)A門有人或車輛經(jīng)過時,紅外傳感器發(fā)出信號,送給PLC。A門的聲光語音箱提示語音為“風(fēng)門準(zhǔn)備打開,請注意安全”,綠燈常亮,同時電磁閥1通電,A門的氣缸工作,打開A風(fēng)門,同時B門的氣缸閉鎖上B門。風(fēng)門上裝有礦用本安型接近開關(guān)傳感器,檢測風(fēng)門的開、關(guān)狀態(tài)。當(dāng)最后一個行人或車輛通過紅外傳感器后,經(jīng)過適當(dāng)延時,電磁閥2通電,氣缸工作關(guān)閉A門。若B門未關(guān)閉,當(dāng)A門有人或車輛經(jīng)過時,紅外線檢測發(fā)出觸發(fā)信號,A門的聲光語音箱提示語音為“前方風(fēng)門閉鎖,請您稍候”,紅燈常亮,A門不能打開。
在有行人或者行車通過風(fēng)門時,為了防止風(fēng)門誤動作,夾住正在通過的物體,在風(fēng)門的兩側(cè)安裝防夾車光電開關(guān)。防夾車光電開關(guān)采用礦用隔爆型光電開關(guān),由發(fā)射端和接收端組成,根據(jù)發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)換為高低電平,來確定開關(guān)的打開與否。當(dāng)光電開關(guān)接收、發(fā)射距離在有效范圍內(nèi),接收與發(fā)射中間有物體隔擋時,光電開關(guān)動作,輸出高電平;當(dāng)在無物體隔擋時,光電開關(guān)不動作,輸出低電平,該傳感器輸入PLC,由PLC完成判斷和控制。
表1 PLC的I/0接口地址分配表
由風(fēng)門自動控制方案可知,PLC控制箱是風(fēng)門自動控制的核心。PLC控制箱內(nèi)部由隔離開關(guān)、本安電源、隔離柵、PLC控制器等部分組成。PLC控采用是西門子公司的s7-200型PLC。按鈕、開關(guān)、外部傳感器等信號經(jīng)過隔離開關(guān)進(jìn)入PLC控制箱,PLC輸出信號經(jīng)過繼電器驅(qū)動電磁閥和聲光報(bào)警裝置。所有信號均為開關(guān)量信號,輸入端信號為12個,輸出端信號為9個,PLC的I/0接口地址分配如表1所示。
根據(jù)煤礦井下風(fēng)門工作環(huán)境的特定要求,以A門到B門為例,其中B門是否關(guān)閉到位,作為下一道風(fēng)門開啟的必要條件,即便A門紅外傳感器有信號輸入,但B門還未完全關(guān)閉到位時,A門是無法開啟,因?yàn)锳門和B門是電氣與機(jī)械相互閉鎖的,只有B門完全關(guān)到位的狀態(tài)下,閉鎖關(guān)系才能夠解除。圖2為PLC軟件流程圖。
圖2 PLC程序控制流程圖
基于S7-200小型PLC的風(fēng)門自動控制系統(tǒng),結(jié)構(gòu)簡單,安全可靠。在硬件設(shè)計(jì)上采用非接觸式的傳感器用于行人、車輛風(fēng)門狀態(tài)檢測,減小了接觸式傳感器損壞的概率,提高風(fēng)門自動控制的可靠性。