無極繩連續(xù)牽引絞車一體化操控臺的研發(fā)和應(yīng)用

梁克章 周 峰 馮 振

（1.棗莊冠龍機(jī)械有限公司，山東 棗莊 277100；2.棗莊礦業(yè)集團(tuán)新安煤業(yè)公司，山東 微山 277642；3.湖北沙鷗通信股份有限公司，湖北 荊州 434000）

1 礦用繩牽引運輸設(shè)備控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

新安煤業(yè)公司在3416 工作面安裝使用了SQ-100/132P 型無極繩絞車一部，但電控裝置、通信信號裝置、電機(jī)驅(qū)動裝置由不同的廠家生產(chǎn)，各裝置間對接時，由于各設(shè)備生產(chǎn)廠商通信協(xié)議不同，對設(shè)備電磁兼容性的理解上存在差異，往往導(dǎo)致對接后系統(tǒng)運行穩(wěn)定性不高、故障定位繁瑣等問題。

由于以上原因，電控裝置、通信信號裝置、電機(jī)驅(qū)動裝置之間往往是彼此孤立的，從而無法產(chǎn)生聯(lián)動。另外，由于設(shè)備分散，連接電纜多，在安裝空間和設(shè)備管理上給礦方造成了一定的不便。傳統(tǒng)運輸巷道系統(tǒng)布置圖如圖1。

圖1 傳統(tǒng)運輸巷道系統(tǒng)布置圖

基于上述問題，提出將電控裝置、電機(jī)驅(qū)動裝置（軟起動裝置）、通信信號裝置集成至同一設(shè)備中，采用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus 通信協(xié)議及合理的電源分配，確保系統(tǒng)通信可靠性、安全性和抗干擾能力，減少了設(shè)備間的連接電纜數(shù)量，提高工作人員的工作效率，并在新安煤業(yè)公司3416 工作面進(jìn)行研發(fā)和應(yīng)用，對煤礦運輸巷道的安全運輸起到極大的促進(jìn)作用[1-2]。

2 礦用繩牽引運輸設(shè)備控制系統(tǒng)研究主要內(nèi)容

2.1 系統(tǒng)組成

一體化操控臺由電控裝置、軟起動裝置、通信信號裝置組成（漏泄通信信號單元、移動視頻監(jiān)視單元）。該操控臺裝置采用一體式設(shè)計，可替代傳統(tǒng)模式中獨立配置的電控操控臺、軟起動器、信號臺、視頻監(jiān)視等多種設(shè)備。

該操控臺以高性能可編程控制器PLC 為核心，集成指紋識別、數(shù)字信號傳輸、數(shù)字視頻監(jiān)視等技術(shù)，配以高清雙顯示器，分別用于顯示絞車運行狀態(tài)及視頻監(jiān)視圖像，將絞車綜合保護(hù)、視頻監(jiān)視、電機(jī)軟起動、可逆控制、漏泄信號及通訊、授權(quán)操作等單元集成于一體，減少設(shè)備占用空間，減少設(shè)備故障點。一體式繩牽引運輸設(shè)備操控臺組成如圖2。

圖2 一體式繩牽引運輸設(shè)備操控臺組成框圖

2.2 系統(tǒng)設(shè)計及工程應(yīng)用

2.2.1 電控單元

電控單元原理框圖如圖3 所示。電控單元主要由PLC 主控制器、人機(jī)信號模塊、通信信號單元、鍵盤模塊、電源模塊、顯示器等組成。

圖3 電控單元原理框圖

PLC 主控制器主要負(fù)責(zé)與人機(jī)信號模塊和軟起單元交互；PLC 主板并結(jié)合傳感器和外設(shè)輸入信號，綜合邏輯判斷處理后，通過RS485 信號發(fā)送至軟起單元，軟起單元根據(jù)信號做出相應(yīng)動作并將軟起實時狀態(tài)（如電壓、電流、保護(hù)信息等）通過RS485 反饋給PLC 電控主板，PLC 主板將該信息發(fā)送至人機(jī)信號板，人機(jī)信號板將相關(guān)狀態(tài)發(fā)送至顯示器顯示。

人機(jī)信號單元主要負(fù)責(zé)鍵盤單元、2 路外部模擬量的采集、數(shù)字信號單元、顯示器的數(shù)據(jù)交互、各項系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置與存儲、歷史報警記錄的存儲等。

數(shù)字單元主要負(fù)責(zé)無線漏泄信道的管理。包括：信道管理時隙分配、業(yè)務(wù)時隙分配以及移動終端的管理；當(dāng)出現(xiàn)無線鏈路故障時，能通過RS485 和硬線方式告知系統(tǒng)。

2.2.2 移動視頻監(jiān)視單元

移動監(jiān)視系統(tǒng)是基于Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的，系統(tǒng)主要是由攝像儀、基站、硬盤錄像機(jī)組成。

基站主要負(fù)責(zé)無線信號覆蓋。空中部分采用Wi-Fi 模式，支持IEEE802.11b/g/n、WDS 無線漫游、無線基站與無線基站信號傳輸采用TCP/IP 協(xié)議，傳輸速率可達(dá)1000 Mbps，最大傳輸距離200 m。有線網(wǎng)絡(luò)傳輸主要是RTP/RTCP 作為應(yīng)用層協(xié)議，傳輸層協(xié)議則采用TCP/UDP。

硬盤錄像機(jī)實際上是一臺基于嵌入式處理器和嵌入式實時操作系統(tǒng)的計算機(jī)。它采用了視頻壓縮卡對圖像進(jìn)行壓縮和解壓回放，嵌入式操作系統(tǒng)主要是完成整機(jī)的控制及管理。

2.2.3 軟起動單元

軟起動單元原理框如圖4 所示。軟起動器的電磁部分由隔離換相開關(guān)、接觸器組成。當(dāng)軟起動有故障時，將軟起動操作設(shè)置為直起，它就具有完備的電磁起動器功能。

圖4 軟起動器原理框圖

軟起動器的控制方式分為三種：近控、遠(yuǎn)控、數(shù)控。

“近控”方式指：當(dāng)將控制方式設(shè)置為“近控”時，隔離換向開關(guān)閉合后，必須通過軟起動器操作面板上的“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”和“停止”按鈕操作。

“遠(yuǎn)控”方式指：當(dāng)將控制方式設(shè)置為“遠(yuǎn)控”時，隔離換向開關(guān)閉合后，軟起動器將通過無源觸點由外部控制“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”和“停止”。

“數(shù)控”方式指：當(dāng)將控制方式設(shè)置為“數(shù)控”時，隔離換向開關(guān)閉合后，軟起動器將通過RS485通訊接口控制“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”和“停止”。

軟起動器的起動方式分為兩種：軟起動、直接起動。

“軟起動”是指：將設(shè)置界面的斜坡模式設(shè)置為“電流斜坡”，將設(shè)置界面的起動方式設(shè)置為“軟起”，當(dāng)隔離換向開關(guān)閉合后，將由軟起動器“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”和“停止”按鈕操作。此時，軟起動功能起作用。

“直接起動”是指：將設(shè)置界面的起動方式設(shè)置為“直起”，當(dāng)隔離換向開關(guān)閉合后，將由軟起動器“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”和“停止”按鈕操作。此時，軟起動功能不起作用，電磁起動起作用。

3 工程現(xiàn)場安裝布置方式

新安煤業(yè)有限公司3416 材料巷巷道全長為1000 m，軟起配接電機(jī)額定功率為132 kW，電壓1140 V，功率因數(shù)cosΦ0.85。另外配接5 臺音箱，6 部攝像儀。安裝后測試，電控單元工作正常，數(shù)字單元打點通話正常，音箱預(yù)警功能正常。攝像儀畫面顯示清晰，人員闖入檢測，停車保護(hù)可靠。電控單元與軟起動單元通信可靠，電機(jī)電流電壓等主要參數(shù)顯示正常。工程組網(wǎng)示意圖如圖5。

圖5 新安煤業(yè)公司礦網(wǎng)示意圖

4 結(jié) 語

本文以一體化操控臺應(yīng)用于新安煤業(yè)公司為背景進(jìn)行了相關(guān)探討，解析了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，通過此方式可實現(xiàn)煤礦輔助運輸?shù)目刂?、通信信號、移動視頻監(jiān)視的一體化解決方案，解決了設(shè)備種類多、設(shè)備間對接難度大、故障定位困難等問題。