李海一

引言

隨著我國(guó)的信息技術(shù)的不斷發(fā)展，在煤礦開(kāi)采中也向煤礦信息化的趨勢(shì)發(fā)展，煤礦信息是實(shí)現(xiàn)煤礦管理現(xiàn)代化和安全保障的重要手段，是將自動(dòng)化控制技術(shù)運(yùn)動(dòng)到煤礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，對(duì)生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)中的信息和資源共享。

在煤礦生產(chǎn)中，礦井提升機(jī)主要是提升原煤、工具、人員和物流的實(shí)施機(jī)構(gòu)，在煤礦生產(chǎn)中起著非常重要的作用，對(duì)礦井提升機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控也是煤礦信息化的一個(gè)重要舉措。本文是利用PLC控制對(duì)提升機(jī)的工作狀態(tài)、參數(shù)顯示和報(bào)警處理進(jìn)行監(jiān)控，將提升機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高煤礦安全生產(chǎn)的效率。

1、礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如下圖所示，主要有信息層、控制層和對(duì)象層等3個(gè)方面，在信息層主要是提升機(jī)的上位機(jī)部分，包括人機(jī)顯示、數(shù)據(jù)傳輸和報(bào)警系統(tǒng)等幾部分組成，控制部分主要是采用可編程控制器，對(duì)象層主要是提升機(jī)的控制對(duì)象，包括電機(jī)、減速箱等執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分和各種傳感器等。

為了確保系統(tǒng)的安全可靠性，上位機(jī)部分采用研華公司的工控機(jī)，參數(shù)為P4雙核2.8G的CPU，硬盤(pán)容量為120G，并有CRT顯示器，可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的運(yùn)行信息和各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)?？刂破鬟x用西門(mén)子公司的S7-300PLC，主要完成數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)裙δ埽趥鬏敂?shù)據(jù)時(shí)需采用CRC校驗(yàn)。對(duì)象層主要是一些傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等等，傳感器在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，為了滿(mǎn)足需求，選用SICK公司生產(chǎn)的位移傳感器和速度傳感器，其數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)節(jié)范圍寬等參數(shù)能夠滿(mǎn)足礦井提升機(jī)構(gòu)的位移檢測(cè)要求。

由于西門(mén)子的PLC可采用模塊化設(shè)計(jì)，在提升機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)中，主要的控制任務(wù)是選擇合適的操作方式、處理控制命令、處理停車(chē)方式等指令，下圖的系統(tǒng)控制流程圖是以選擇操作方式為目的，對(duì)PCL的控制指令進(jìn)行闡述。

由于系統(tǒng)具有手動(dòng)操作、遠(yuǎn)程操作和檢修操作三種指令，其中手動(dòng)操作是基于接觸器的控制方式，需要工作人員在現(xiàn)場(chǎng)操作，這種方式一般不需要PLC來(lái)輔助，遠(yuǎn)程操作是指用上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。檢修操作將設(shè)備進(jìn)行封鎖操作，保證檢修安全。

2、礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)保護(hù)功能

（1）主要是控制操作提升機(jī)，包括提升機(jī)的啟停、滾筒的反轉(zhuǎn)、提升軌道的信號(hào)鎖定、提升機(jī)的位移和速度控制等功能；

（2）電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、提升機(jī)的報(bào)警信號(hào)顯示；

（3）控制提升機(jī)的啟停狀態(tài)位置；

（4）控制提升機(jī)的減速狀態(tài)，一般當(dāng)提升機(jī)要到達(dá)需要位置前，為了能夠穩(wěn)定停車(chē)，需要在達(dá)到位置前進(jìn)行減速，若絞車(chē)司機(jī)忘記減速控制時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)及時(shí)根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行速度和位置準(zhǔn)確計(jì)算出減速流程，并控制電機(jī)進(jìn)行減速操作，避免由于操作不當(dāng)引起超車(chē)等事故。系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控提升機(jī)的提升速度是否系統(tǒng)允許的提升速度范圍內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)超速情況會(huì)立即報(bào)警，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)做出減速處理；

（5）過(guò)卷保護(hù)，由于電氣、機(jī)械故障或者人為故障等因素造成提升機(jī)超過(guò)停車(chē)位置后，過(guò)卷保護(hù)傳感器會(huì)自動(dòng)報(bào)警處理，過(guò)卷保護(hù)傳感器的信號(hào)會(huì)實(shí)時(shí)傳輸至PLC，進(jìn)行緊急制動(dòng)處理，以免造成安全責(zé)任事故；

（6）提升位置與線(xiàn)纜位置的同步校驗(yàn)，若出現(xiàn)提升位置與線(xiàn)纜位置不同步時(shí)，會(huì)造成驅(qū)動(dòng)輪打滑，線(xiàn)纜松動(dòng)等現(xiàn)象；

（7）監(jiān)控并記錄提升機(jī)的日提升次數(shù)。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視功能

（1）實(shí)時(shí)記錄提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信息，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄提升機(jī)的位置實(shí)時(shí)參數(shù)，如今系統(tǒng)可對(duì)提升機(jī)進(jìn)行模型狀態(tài)顯示，將提升機(jī)的三維模型實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)上；

（2）顯示提升機(jī)的主要性能參數(shù)，主要包括啟停信號(hào)、電路保護(hù)信號(hào)、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)、提升機(jī)運(yùn)行方向信號(hào)、電流控制信號(hào)等；

（3）運(yùn)行狀態(tài)記錄，主要是實(shí)時(shí)保存提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，并在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)上傳至服務(wù)器中，運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)主要包括電機(jī)電流信號(hào)、提升機(jī)位置與速度信號(hào)和各種故障信號(hào)等等；

（4） 系統(tǒng)電路圖顯示，對(duì)整個(gè)監(jiān)控回路以電路圖的形式顯示在監(jiān)視器上，綠色表示安全運(yùn)行，紅色表示系統(tǒng)報(bào)警提示。對(duì)整個(gè)電氣系統(tǒng)進(jìn)行分頁(yè)顯示，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，分頁(yè)顯示功能會(huì)提示檢修人員系統(tǒng)的故障報(bào)警點(diǎn)，縮短系統(tǒng)診斷時(shí)間。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)的管理功能

監(jiān)控系統(tǒng)的管理主要是系統(tǒng)設(shè)置和用戶(hù)管理權(quán)限的設(shè)置，系統(tǒng)設(shè)置主要是對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)、對(duì)一些常見(jiàn)的系統(tǒng)控制模塊進(jìn)行指令化調(diào)用以滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求；用戶(hù)管理權(quán)限的設(shè)置主要是針對(duì)公司內(nèi)部的人員進(jìn)行不同等級(jí)的使用操作權(quán)限。一般用戶(hù)在打開(kāi)監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)置之前，需要進(jìn)行用戶(hù)確認(rèn)才能獲得相關(guān)的等級(jí)權(quán)限。

3、礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

礦井提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分主要包括時(shí)PLC和上位機(jī)兩部分，PLC部分主要實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的啟停控制、調(diào)速的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，上位機(jī)主要是實(shí)時(shí)監(jiān)視提升機(jī)運(yùn)行工況，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、分析處理。

西門(mén)子的S7-300的PLC編程一般可通過(guò)梯形圖來(lái)完成編譯，系統(tǒng)故障處理模塊的程序是控制部分的重點(diǎn)。PLC的主程序控制思路是系統(tǒng)初始化、自檢模塊、然后到系統(tǒng)故障診斷與反饋。對(duì)于系統(tǒng)故障診斷部分主要是對(duì)系統(tǒng)過(guò)載、電機(jī)保護(hù)和過(guò)卷保護(hù)等故障信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，若系統(tǒng)接收到故障信號(hào)，控制器會(huì)根據(jù)故障等級(jí)實(shí)施不同的觸發(fā)信號(hào)。

上位機(jī)軟件主要是通過(guò)MCGS組態(tài)里來(lái)開(kāi)發(fā)，主要是實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的顯示操作和分頁(yè)顯示，完成對(duì)各種故障信號(hào)的處理與提示，對(duì)提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信息、各種故障信息進(jìn)行存儲(chǔ)。MCGS組態(tài)軟件具有模塊化操作設(shè)計(jì)規(guī)則，運(yùn)用其形象化的繪圖工具指令可以快速的繪制出提升機(jī)的模擬畫(huà)面，通過(guò)一般的VB腳本便可實(shí)現(xiàn)控制流程的編寫(xiě)，滿(mǎn)足系統(tǒng)的使用功能。

4、結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)煤礦開(kāi)采技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦開(kāi)采中的各項(xiàng)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)也取得較快的進(jìn)步，其中礦井提升機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)在發(fā)揮出越來(lái)越重要的作用，本文主要是基于PLC控制的提升機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，主要是完成提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，還可對(duì)常見(jiàn)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)處理并起到安全保護(hù)的作用，對(duì)提升煤礦開(kāi)采作用的安全性有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。