張建雄

（汾西礦業(yè)香源煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 交城 030500）

引言

猴車是煤礦井下常用的行人運(yùn)輸設(shè)備，具備隨到隨用、便于人員上下以及現(xiàn)場操控簡單等優(yōu)點(diǎn)[1]。將猴車應(yīng)用到大坡度或者長距離巷道中可顯著縮短作業(yè)人員上下井耗時(shí)并降低作業(yè)人員勞動強(qiáng)度?，F(xiàn)階段猴車控制系統(tǒng)多是安排專門的值守人員控制猴車運(yùn)行，不僅自動化程度低而且無法將控制信號以及猴車運(yùn)行情況傳輸給地面控制中心[2-3]。為此，對猴車自動控制系統(tǒng)展開研究，通過采用PLC 控制器獲取猴車沿線布置的各類安全傳感器監(jiān)測信號，而且通過礦井已有工業(yè)環(huán)網(wǎng)將控制信息傳輸給地面監(jiān)控中心，從而提高猴車運(yùn)行的自動化程度以及可靠性。

1 猴車結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1.1 猴車結(jié)構(gòu)

井下布置的猴車結(jié)構(gòu)見圖1 所示，主要組成包括有防爆電機(jī)、驅(qū)動輪、抱鎖器、配重塊、牽引鋼絲繩等。在防爆電機(jī)帶動下鋼絲繩沿著驅(qū)動輪循環(huán)轉(zhuǎn)動，從而將作業(yè)人員帶至乘車點(diǎn)[4]。

圖1 猴車結(jié)構(gòu)圖

1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)的猴車自動控制系統(tǒng)可對猴車運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)猴車沿線出現(xiàn)問題后自動控制系統(tǒng)可快速響應(yīng)，從而避免問題或者故障擴(kuò)大化。通過井下環(huán)網(wǎng)可將猴車運(yùn)行信息傳輸給地面監(jiān)控中心，監(jiān)控中心會存儲猴車運(yùn)行記錄，從而為后續(xù)的猴車管理提供指導(dǎo)[5-6]。

自動控制系統(tǒng)可根據(jù)是否有人員乘坐對運(yùn)輸速度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，當(dāng)有人員乘坐時(shí)猴車按照預(yù)先設(shè)定速度運(yùn)行；當(dāng)無人員乘坐時(shí)為了降低猴車能耗，則猴車保持低速運(yùn)行。

2 自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 整體結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)的猴車自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有地面監(jiān)控系統(tǒng)、井下監(jiān)控主站以及遠(yuǎn)程I/O 分站等構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)見圖2。井下監(jiān)控主站通過S7-1200 系列PLC控制器采集猴車沿線布置的各類傳感器監(jiān)測信號、遠(yuǎn)程I/O 分站信號，實(shí)現(xiàn)對猴車運(yùn)行的安全控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)接收來至于井下監(jiān)控主站傳輸?shù)母黝惪刂菩盘枺⒃陲@示屏上實(shí)時(shí)顯示猴車運(yùn)行參數(shù)。地面監(jiān)控系統(tǒng)、井下監(jiān)控主站間采用工業(yè)以太網(wǎng)通信，與遠(yuǎn)程I/O 分站采用Profibus-DP 協(xié)議通信。

圖2 自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 井下監(jiān)控主站

具體井下監(jiān)控主站主要設(shè)備配備情況見下頁圖3所示。

圖3 監(jiān)控主站主要設(shè)備配備情況

2.2.1 控制箱

監(jiān)控主站中控制箱是核心組成部件，主要結(jié)構(gòu)為繼電器、PLC，其中PLC 用以采集布置的各類傳感器監(jiān)測參數(shù)，并對監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行綜合分析處理，自動對防爆電機(jī)、報(bào)警器以及液壓站等設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行控制。文中構(gòu)建的井下監(jiān)控主站有40 路數(shù)字量I/O點(diǎn)、1 路電流模擬信號。數(shù)字量信號主要對各類檢測設(shè)備、控制按鈕信號以及保護(hù)器信號等進(jìn)行傳輸，具體有操作臺按鈕信號、上下人傳感器信號以及越為保護(hù)信號等。

猴車上、下乘坐點(diǎn)位置通過布置各類傳感器對停車、吊椅間距、速度、越位、掉繩保護(hù)以及防滑等內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，采用計(jì)數(shù)傳感器可準(zhǔn)確掌握架空乘人裝置上乘坐人員數(shù)量。猴車在正常工作狀態(tài)時(shí)，PLC 接收監(jiān)測到有人員乘坐時(shí)（上下車傳感器發(fā)出監(jiān)測信號），PLC 向變頻控制器發(fā)出控制指令，提高變頻器輸出頻率，從而使得猴車按照預(yù)先設(shè)定速度運(yùn)行。在運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)猴車上無人員乘坐時(shí)，猴車按照原有速度繼續(xù)運(yùn)行10 min，后緩慢降低速度，保持低速運(yùn)行。猴車運(yùn)行時(shí)當(dāng)控制系統(tǒng)監(jiān)測到有礦工越位、電機(jī)過載、拉線開關(guān)以及猴車欠超速等信號時(shí)則立即停止運(yùn)行，并發(fā)出預(yù)警信息提醒人員及時(shí)前去處理。猴車停止運(yùn)行后，為了確保運(yùn)行安全，僅能通過手動方式啟動。

2.2.2 控制箱運(yùn)行控制程序

控制箱運(yùn)行控制程序使用梯形圖語言編寫，具體將控制程序劃分為OB1 主程序塊（1 個(gè)）、子程序塊（3 個(gè)），主程序塊可對子程序塊進(jìn)行組織、調(diào)用。

2.2.3 操作臺

操作臺可實(shí)現(xiàn)對猴車控制方式選擇以及工作方式調(diào)整，其中控制方式有自動控制、遠(yuǎn)程控制以及就地控制；工作方式包括有正常工作方式、強(qiáng)制工作方式兩種。

自動控制方式是猴車控制系統(tǒng)在無人值守情況下自動根據(jù)上下人情況控制猴車運(yùn)行；遠(yuǎn)程控制方式是在監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制猴車運(yùn)行；就地控制方式是作業(yè)人員在現(xiàn)場手動控制猴車運(yùn)行。猴車工作方式中正常工作方式是控制系統(tǒng)接收來至于沿線各傳感器信息，控制系統(tǒng)對信息綜合處理后控制猴車運(yùn)行；強(qiáng)制工作方式是控制系統(tǒng)不受保護(hù)信號影響保持猴車運(yùn)行。

2.3 地面監(jiān)控系統(tǒng)

地面監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控程序采用組態(tài)王開發(fā)，通過組態(tài)王可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的獲取、可視化顯示以及監(jiān)控等功能。地面監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示井下猴車人員乘坐變化情況、猴車運(yùn)行速度、電機(jī)運(yùn)行參數(shù)等。具體監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有用戶、狀態(tài)以及功能三部分，具體見圖4。

圖4 架空乘人裝置監(jiān)控軟件功能構(gòu)成

3 應(yīng)用效果

結(jié)合以往研究成果設(shè)計(jì)一種猴車自動控制系統(tǒng)，主要結(jié)構(gòu)包括有井下監(jiān)控主站、地面監(jiān)控系統(tǒng)，并通過已有的工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)將井下監(jiān)控主站與地面系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)猴車的遠(yuǎn)程監(jiān)控?，F(xiàn)場應(yīng)用后，該猴車監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，可依據(jù)猴車是否有人員乘坐對運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)猴車運(yùn)行狀態(tài)會實(shí)時(shí)傳輸給地面監(jiān)控中心，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)監(jiān)控中心會及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息。通過使用猴車自動控制系統(tǒng)，井下無需安排專人對猴車運(yùn)行進(jìn)行值守，現(xiàn)場應(yīng)用取得較為顯著成果。