鄭國忠

摘要：文章通過研究分析與計算，設計了一種適合中小煤礦的斜巷提升控制系統(tǒng)，具體描述了設計方案和系統(tǒng)流程，并且通過安裝相應的傳感器及設定控制器判定邏輯，使系統(tǒng)實現(xiàn)相應的防跑車保護功能。

關(guān)鍵詞：提升系統(tǒng)；中小煤礦；斜巷提升

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）26-0089-02

1 煤礦斜巷提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設計構(gòu)想概述

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與邏輯概述

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：如上圖1所示（斜巷內(nèi)擋車欄安裝的數(shù)量根據(jù)斜巷長度進行相應增加與減少，本文以2個擋車裝置為例）。ABCDEF為幾個斜巷路徑中的點位，可以作為傳感器探測點位，為控制器提供相應判據(jù)信息。圖中1#、2#擋車欄通過自動控制，用作防跑車保護裝置。

系統(tǒng)邏輯：正常狀態(tài)下：當?shù)V車載物正常下行時，阻車器處于釋放狀態(tài)，1#、2#擋車欄均處于關(guān)閉狀態(tài)（常閉模式），當?shù)V車正常行進至圖中B點時，控制器通過傳感器信號判定礦車運行狀態(tài)正常，將使1#擋車欄控制回路通電，那么1#擋車欄自動提升，礦車通過后控制器判定礦車已通過該點位，1#擋車欄控制回路斷開，常閉節(jié)點恢復常閉狀態(tài)，1#擋車欄自動放下（常閉模式）；同理當?shù)V車行進至圖中D點時2#擋車欄自動提升，礦車通過后擋車欄放下；礦車運行到達斜巷底部F點時，礦車安全停止。異常狀態(tài)下：礦車在下行過程中發(fā)生跑車狀況，控制器通過傳感器的信號判斷目前礦車狀態(tài)異常，那么擋車欄控制回路無法通電，擋車欄將不會提升，從而阻止礦車繼續(xù)跑車，同時控制器斷開絞車電源回路并啟動礦車制動回路（阻車器），發(fā)出相應的報警信號。礦車載物自動上行情況與下行情況相類似，此處不做描述。

跑車防護裝置按其工作方式可分為常開式與常閉式，因常開式防護裝置已不符合我國《煤礦安全規(guī)程》中“擋車裝置必須經(jīng)常關(guān)閉”條款，因此本文使用常閉式進行介紹。本文采用柔式防跑車裝置，該裝置的優(yōu)點是系統(tǒng)可靠性高，PLC控制，相關(guān)情況在顯示器中反應及時準確，同時柔性擋車裝置易于恢復運行。

1.2 控制系統(tǒng)設計目標

根據(jù)國家《煤礦安全規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定及煤礦生產(chǎn)中的實際需求，控制系統(tǒng)的設計目標要滿足如下四點：（1）控制系統(tǒng)必須能自動控制也能手動控制。（2）控制器判定值設定要滿足該煤礦實際狀況，確?？刂破鲗ο嚓P(guān)傳感器信號能準確及時作出判斷。（3）絞車電源回路與安全防護裝置實行閉鎖，同時礦車制動回路與安全防護裝置相關(guān)節(jié)點串聯(lián)，用以實現(xiàn)礦車跑車時安全防護裝置動作的同時絞車能立即停止運行并進行礦車制動。（4）控制系統(tǒng)的人機交換界面能實時顯示礦車目前的運行狀態(tài)和安全防護裝置的工作狀態(tài)，確保信息準確，人機便于溝通。

2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成與功能實現(xiàn)

2.1 PLC控制器

PLC為可編程邏輯控制器。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。其基本構(gòu)成為：

2.1.1 電源模塊：系統(tǒng)正常運作需要一個良好、可靠的電源。

2.1.2 中央處理單元（CPU）：中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)。然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。

2.1.3 存儲器：用以存放相關(guān)的系統(tǒng)邏輯程序。

2.1.4 輸入輸出接口電路：用以實現(xiàn)PLC控制器的數(shù)據(jù)采樣及邏輯判斷輸出。

2.1.5 功能模塊：如計數(shù)、定位等功能模塊。

2.1.6 通信模塊：如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。

本例中PLC控制器是整個控制系統(tǒng)的核心，控制器接收絞車控制臺、絞車速度傳感器、斜巷內(nèi)各位置傳感器的信號作為輸入信號，經(jīng)過PLC內(nèi)部設定的程序及相關(guān)的設定數(shù)值、控制字，通過輸出接口電路來控制絞車、擋車欄、阻車器等裝置的控制回路，以實現(xiàn)這些裝置的合理動作，并且給人機交換平臺提供相應的輸出信號，得以在顯示器中進行顯示。

2.2 人機交換界面

由于斜巷的長度不同，且安裝的傳感器點位有所不同，所以控制參數(shù)需要根據(jù)實際現(xiàn)場工況進行設定。同時監(jiān)控人員需要實時掌握礦車目前的運行狀態(tài)和安全防護裝置的工作狀態(tài)。通過顯示器及操作鍵盤，可以進行便捷的人機信息交換。

2.3 傳感器

傳感器包括絞車傳感器、斜巷內(nèi)位置傳感器與擋車欄狀態(tài)傳感器。絞車傳感器：用于檢測礦車的運行狀態(tài)，同時將偵測信號傳送至PLC控制器作相應的邏輯依據(jù)。斜巷內(nèi)位置傳感器：用于偵測礦車運行到該點時的狀態(tài)，同時傳送至PLC控制器，經(jīng)過編制好的邏輯程序進行邏輯判斷，然后反饋至擋車欄控制回路。若判斷礦車狀態(tài)正常，則擋車欄提升讓礦車通過；反之，則擋車欄關(guān)閉阻止礦車運行，同時停止絞車運行啟動制動回路，發(fā)出人機交換界面發(fā)出告警信號。擋車欄狀態(tài)傳感器：用于擋車欄的狀態(tài)

監(jiān)控。

3 控制器參數(shù)設置及傳感器安裝點位

圖2

合理安裝傳感器的位置是保證系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵。以圖1中所示的斜巷為例，我們希望礦車到達B點時，擋車欄開始提升（因擋車欄提升需要一定時間，所以需要提前提升），假設礦車的速度為V1，經(jīng)過t1到達W點（從B點到W點），此時擋車欄的提升高度正好為h（正好達到礦車的高度，處于礦車可通過該位置的臨界狀態(tài)），則B點為最佳安裝位置，此時擋車欄提升角度θ=2πn2t1。礦車到達C點時，擋車欄可以自動關(guān)閉。

我們可以得出以下推論：

式中：

V1——礦車運行速度（m/s）

n2——擋車欄轉(zhuǎn)速（r/s）

H——擋車欄擋板高度（m）

h——礦車高度（m）

這里確定的兩點B和C就是傳感器安裝的理想點位。實際安裝時需要考慮一定量的誤差與裕度，因以上計算出的B、C位置都是在理想狀態(tài)下得出的。

4 調(diào)試

影響PLC控制器邏輯判斷準確性的因素主要有兩點：（1）傳感器偵測反饋信號的準確性；（2）傳感器安裝點位及對應的控制器判斷定值。

針對第一個因素，每次安裝的傳感器都必須確定是準確可靠的。傳感器合格出廠，由廠家把一次關(guān)；傳感器安裝后調(diào)試，由安裝人員把一次關(guān)。

針對第二個因素，設置一個調(diào)試程序用于在系統(tǒng)投入運行前確定各傳感器的精確位置。主要原理即是現(xiàn)場安裝完畢后試運行礦車，將礦車正常經(jīng)過傳感器時的礦車狀態(tài)（速度與時間）、傳感器偵測信號反饋脈沖數(shù)等數(shù)據(jù)通過文本顯示器記錄下來。調(diào)試完畢之后，通過人機交換界面及鍵盤輸入設備將這些數(shù)據(jù)輸入進PLC控制器邏輯程序中，作為控制系統(tǒng)邏輯判斷的相應判據(jù)定值，至此定值調(diào)試完畢。

5 結(jié)語

本文提出的斜巷提升系統(tǒng)設計適合中小煤礦的實際需要，提高了斜巷提升機的安全防護系統(tǒng)可靠性及準確性，提高了斜巷提升系統(tǒng)的自動化程度，同時該系統(tǒng)具有成本低，性價比高的經(jīng)濟實用特點。該系統(tǒng)是中、小型煤礦傳統(tǒng)行業(yè)設備的一次技術(shù)更新改造和升級，可以提高我國中、小煤礦的安全管理水平，在避免安全事故的發(fā)生上將起到重要的作用。