吳冠亮

(汾西礦業(yè)賀西煤礦，山西 柳林 033300)

絞車是煤礦井下運輸、車輛調(diào)度的重要設(shè)備。當(dāng)絞車出現(xiàn)故障時，會嚴(yán)重影響礦井正常生產(chǎn)[1～2]。近年來，絞車安全防護裝置的推廣使用，在一定程度上降低了絞車事故發(fā)生率[3～4]。但是由于設(shè)備運行環(huán)境惡劣，絞車使用過程中存在鋼絲繩斷裂、礦車翻車等風(fēng)險[5]。為此，筆者設(shè)計了一種基于PLC的絞車安全防護系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自動排繩、過卷、超速斷電等功能，在一定程度上提高礦井絞車運行安全保障能力。

1 排繩裝置設(shè)計

現(xiàn)階段礦井井下絞車使用的排繩裝置主要分為絲杠式、圓柱凸輪式兩種。筆者在兩種排繩裝置的基礎(chǔ)上設(shè)計一種自動排繩裝置，該排繩裝置采用步進電機作為動力源產(chǎn)生扭矩，從而帶動布繩引導(dǎo)滑塊按照排繩線路做直線運動。當(dāng)布繩引導(dǎo)滑塊達到兩側(cè)極限位置(A、B位置)時，步進電機反向轉(zhuǎn)動，從而使得引導(dǎo)滑塊實現(xiàn)往返運動，具體的排繩裝置總體構(gòu)成見圖1。

圖1 排繩裝置構(gòu)成

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

自動排繩裝置的動力由步進電機提供，不需要與絞車連接。步進電機通過帶動旋轉(zhuǎn)絲桿引導(dǎo)布繩和滑塊移動，從而實現(xiàn)排繩，具體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 排繩引導(dǎo)裝置結(jié)構(gòu)

當(dāng)布繩引導(dǎo)滑塊與接近開關(guān)相距10mm距離時，接近開關(guān)將檢測信號傳輸給PLC控制器，步進電機反轉(zhuǎn)，滑塊反向移動。

1.2 自動排繩裝置電控設(shè)計

自動排繩裝置采用步進電機作為動力與絞車無支架關(guān)聯(lián)。當(dāng)絞車轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)向發(fā)生改變時，需要步進電機及時跟隨絞車運行變動，因此采用用霍爾傳感器來對絞車的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，具體布置見圖3。

圖3 霍爾傳感器安裝位置示意圖

在絞車滾筒上布置磁鋼，當(dāng)絞車運行時，霍爾傳感器(速度、轉(zhuǎn)向)監(jiān)測到絞車運行狀態(tài)，將監(jiān)測到的絞車運行狀態(tài)傳輸給PLC控制器。

2 防護系統(tǒng)設(shè)計

2.1 自動給油保護裝置

當(dāng)絞車啟動運行時，PLC發(fā)出控制信號中斷繼電器運行。當(dāng)絞車停止運行時，PLC控制器發(fā)出控制信號，中間繼電器失電，電磁閥關(guān)閉自動給油裝置。

2.2 絞車安全防護裝置

絞車安全防護裝置包括有過速、過卷斷電保護。過速保護主要布置在絞車滾筒位置處，速度傳感器獲取絞車的運行速度，具體是PLC控制器計算兩個臨近信號間的時間間隔，從而得出絞車滾筒運行線速度，達到鋼絲繩運行速度監(jiān)控目的。當(dāng)檢測到超速時，PLC控制器給變頻器發(fā)出控制信息，變頻器降低輸出電流頻率從而降低絞車運行速度，實現(xiàn)絞車過速保護。過卷保護則是絞車在鋼絲繩過卷處布置小鋼片，小鋼片與過卷位置相距1.5m，鋼片觸發(fā)接近開關(guān)動作，接近開關(guān)發(fā)出的控制信號傳輸給PLC控制器，PLC控制器接收到監(jiān)測信號后，立即向變頻控制器發(fā)出控制指令，停止絞車運行。

2.3 絞車安全防護裝置電控系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計的絞車安全防護裝置電控系統(tǒng)將機電與自動化控制相結(jié)合，該裝置結(jié)構(gòu)體積小、系統(tǒng)構(gòu)成簡單，最為核心的組件為PLC控制器，內(nèi)部含有6個輸出接口、7個輸入接口，同時輸出接口可以輸出高速脈沖，從而對驅(qū)動電機的運行進行控制。電控系統(tǒng)具有的Q0.0以及Q0.1兩個高速脈沖輸出口，可以滿足安全防護裝置運行需要，具體控制系統(tǒng)電路分見圖4。

圖4 控制系統(tǒng)電路

當(dāng)絞車啟動運行后，KM1(啟動排繩器)率先得電，PLC控制系統(tǒng)先進行初始化處理，2KM1(控制電磁閥)發(fā)出得電信號，電磁閥開始動作，從而實現(xiàn)自動滴油。與此同時布置的霍爾傳感器(速度、轉(zhuǎn)速)對絞車的運行進行監(jiān)控，依據(jù)布置的先導(dǎo)插件輸入信號值來判定絞車運行方向，監(jiān)測到的控制信號通過PLC控制器進行處理，并輸出脈沖信號、轉(zhuǎn)向信號等，控制步進電機運轉(zhuǎn)，布繩引導(dǎo)滑塊在絲桿上做往返運動，實現(xiàn)自動排繩。

同時當(dāng)檢測到絞車出現(xiàn)過卷、過速以及啟、停車時，PLC控制器會通過聲光報警裝置發(fā)出警示信號，提醒作業(yè)人員注意。當(dāng)出現(xiàn)機電類故障或者其他故障導(dǎo)致步進電機無法換向運轉(zhuǎn)時，會導(dǎo)致步進電機按按照一個方向運行，損壞排繩裝置。甚至?xí)?dǎo)致絞車出現(xiàn)故障，因此，在布繩引導(dǎo)滑塊接近排繩裝置極限位置時，極限開關(guān)會向PLC控制器發(fā)出閉合信號，PLC控制器內(nèi)的定時器接收到閉合信號后按照設(shè)定時間計時，當(dāng)超過設(shè)定時間后步進電機仍未轉(zhuǎn)向，則4KM常閉繼電器開啟，PLC控制器、步進電機以及絞車等均斷電停止運行。具體絞車控制流程見圖5。

圖5 絞車控制流程

當(dāng)PLC控制器接收到速度傳感器發(fā)出的脈沖信號后開始計算絞車運行速度，當(dāng)監(jiān)測到絞車運行速度未超過設(shè)定速度15%之內(nèi)時，保護系統(tǒng)不動作，絞車保持原速度運行；當(dāng)檢測到速度超過設(shè)定速度15%以上時，絞車先導(dǎo)開關(guān)3KM1斷開，絞車斷電停止運行。具體設(shè)計的保護控制裝置運行控制流程見圖3。

3 總結(jié)

絞車是礦井常用運輸設(shè)備，由于井下運行環(huán)境惡劣，絞車在使用過程中存在諸多的不安全因素，給礦井生產(chǎn)帶來不利影響?；诖耍闹性O(shè)計了一種基于PLC的絞車安全防護系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，自動化程度高，不僅可以解決井下大型絞車使用過程中經(jīng)常存在的鋼絲繩排布雜亂問題，同時還可以有效避免絞車出現(xiàn)過速、過卷等問題，提高絞車運行的安全防護能力。