李海鵬 王超額

（河南龍宇能源股份有限公司，河南 永城 476600）

1 概述

為確保立井提升安全高效運(yùn)行，陳四樓煤礦對提升機(jī)的電控部分進(jìn)行了升級改造，在原有電控系統(tǒng)（Ⅰ電控系統(tǒng)）基礎(chǔ)上，增加一套新的電控系統(tǒng)（Ⅱ電控系統(tǒng)），形成了一部提升機(jī)由兩套系統(tǒng)（雙線制電控系統(tǒng)、雙信號系統(tǒng)和雙液壓站制動系統(tǒng)）控制，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了雙系統(tǒng)“一用一備”。

作業(yè)人員在井筒中施工時(shí)，各工種之間通常采用對講機(jī)進(jìn)行聯(lián)系，以確定提升機(jī)的停車位置。在使用普通對講機(jī)的過程中，時(shí)常出現(xiàn)溝通不暢，存在重大安全風(fēng)險(xiǎn)。為解決此類隱患，在井筒中安裝一套泄漏通信裝置，通過利用泄漏通信技術(shù)與提升機(jī)信號進(jìn)行閉鎖，實(shí)現(xiàn)不經(jīng)作業(yè)人員解鎖提升機(jī)無法啟動的功能[1]。

2 方案的設(shè)計(jì)思路

組網(wǎng)后的泄漏通信裝置通常是參與到提升機(jī)信號的控制，利用上位機(jī)編程軟件編寫相應(yīng)程序，滿足僅在檢修方式下信號系統(tǒng)發(fā)不出4 點(diǎn)（慢上）、5 點(diǎn)（慢下）開車信號的邏輯，致使提升機(jī)無法啟動，實(shí)現(xiàn)信號閉鎖功能。在組態(tài)軟件畫面中設(shè)計(jì)出實(shí)時(shí)監(jiān)控信號閉鎖狀態(tài)的指示文本，幫助提升機(jī)司機(jī)迅速判斷出井筒中是否有人施工[2]。增添一組繼電器，先由泄漏通信基地電臺的控制單元進(jìn)行控制，再使繼電器兩對常開觸點(diǎn)分別接入提升機(jī)的雙信號系統(tǒng)中，并能隨Ⅰ/Ⅱ電控系統(tǒng)切換而自動切入，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

3 方案設(shè)計(jì)的原理及其應(yīng)用

3.1 泄漏通信的組網(wǎng)

泄漏通信的網(wǎng)絡(luò)由基地信號電臺、礦用本安型手持機(jī)、穩(wěn)壓電源及井筒泄漏電纜等組成。先把基地信號電臺（KTL110-J1）安裝在絞車房內(nèi)操作臺柜中，穩(wěn)壓電源（KDW25）為其提供DC12V 的工作電源，再按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)敷設(shè)井筒泄漏電纜，并把電纜接入基地電臺對應(yīng)端口。組網(wǎng)后利用礦用本安型手持機(jī)（KTL110-S1）與基地電臺進(jìn)行調(diào)試，確保各性能參數(shù)和主要技術(shù)指標(biāo)符合要求。

3.2 泄漏通信對接提升機(jī)雙信號系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在Ⅱ電控系統(tǒng)的車房信號控制箱中增添一組型號為MY2N-J 的繼電器，線圈吸合所需的DC24V電源也取自該控制箱中的直流電源模塊；然后選取兩對常開觸點(diǎn)，分別接到Ⅰ/Ⅱ電控系統(tǒng)的上井口信號控制箱中PLC 的數(shù)字量輸入端接口上，地址為I8.1。當(dāng)手持機(jī)發(fā)出閉鎖信號后，基地信號電臺控制單元輸出的開關(guān)量使繼電器線圈得電吸合，其常開觸點(diǎn)閉合，雙信號系統(tǒng)卸載站的上井口PLC 經(jīng)內(nèi)部程序處理，進(jìn)行相應(yīng)控制。

3.3 泄漏通信閉鎖功能在雙信號系統(tǒng)中的應(yīng)用

信號系統(tǒng)控制核心PLC 采用產(chǎn)品S7-1200，安裝在車房上位機(jī)的編程軟件為TIA Portal V15.1、組態(tài)軟件為WinCC V7.3。通過PROFINET 協(xié)議實(shí)現(xiàn)PLC 與上位機(jī)實(shí)時(shí)通信，利用編程軟件便可對工控現(xiàn)場編程與調(diào)試[3]。

以Ⅱ電控系統(tǒng)為例，打開博途軟件中“陳四樓煤礦主井自動化程序”項(xiàng)目，點(diǎn)擊上井口PLC 的程序塊FC12，如圖1 所示，在程序段26 中，讓I8.1“泄漏通信閉鎖”的常開點(diǎn)和DB1.DBX4.2“裝載檢修”的常開點(diǎn)“與”運(yùn)算后，再和I1.5“信號閉鎖”、DB1.DBX2.3 “天輪閉鎖”等常開點(diǎn)“或”運(yùn)算，以此控制Q4.4“信號閉鎖”的輸出，即只有在檢修方式下，I8.1“泄漏通信閉鎖”常開點(diǎn)閉合，才能讓線圈Q4.4 得電輸出為1，而在提人、提物等其他操作方式下均起不到信號閉鎖作用。

圖1 信號系統(tǒng)PLC 閉鎖功能程序（一）

同樣在程序塊FC12 的程序段24、25 中，分別插入Q4.4“信號閉鎖”的常閉點(diǎn)，如圖2，當(dāng)本安型手持機(jī)發(fā)出閉鎖信號后，Q4.4 得電，其常閉點(diǎn)斷開，致使能流無法從左母線到右端，Q0.2“下信號4X”、Q0.3“下信號5X”線圈無法得電，信號系統(tǒng)發(fā)不出開車信號4 點(diǎn)（慢上）、5 點(diǎn)（慢下），閉鎖提升機(jī)無法啟動，從而實(shí)現(xiàn)泄漏信號閉鎖的功能。

圖2 信號系統(tǒng)PLC 閉鎖功能程序（二）

為了與組態(tài)軟件WinCC 建立鏈接，在程序塊FC12 中插入新的程序段27，如圖3 所示，讓I8.1“泄漏通信閉鎖”的常開點(diǎn)和DB1.DBX4.2“裝載檢修”的常開點(diǎn)“與”運(yùn)算，控制M140.7“泄漏通信閉鎖上位機(jī)用”，讓PLC 數(shù)據(jù)地址M140.7 作為上位機(jī)WinCC 監(jiān)控界面“泄漏閉鎖”文本的當(dāng)前過程值，用于畫面的組態(tài)。

圖3 信號系統(tǒng)PLC 閉鎖功能程序（三）

3.4 組態(tài)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控信號閉鎖狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)

安裝在上位機(jī)的組態(tài)軟件WinCC，可在其界面下進(jìn)行組態(tài)編程和數(shù)據(jù)管理，形成工控所需的監(jiān)視畫面、控制畫面、報(bào)警畫面及實(shí)時(shí)趨勢曲線等，為提升機(jī)司機(jī)和維護(hù)人員提供形象直觀的操作環(huán)境，提高了工作效率[4]。在“陳四樓煤礦主井裝卸載及信號系統(tǒng)”原有組態(tài)基礎(chǔ)上，于主畫面左側(cè)的“信號閉鎖位置”窗口界面增添名為“泄漏閉鎖”的靜態(tài)文本，讓其實(shí)時(shí)監(jiān)視信號閉鎖狀態(tài)，現(xiàn)將設(shè)計(jì)流程作簡單介紹：

首先將WinCC 監(jiān)控畫面靜態(tài)文本“泄漏閉鎖”與PLC 數(shù)據(jù)地址M140.7 建立起通信連接，如圖4所示，打開軟件WinCC，點(diǎn)擊左側(cè)瀏覽窗口中的“變量管理”，在驅(qū)動程序SIMATIC S7-1200、S7-1500 Channel 子目錄下通道單元OMS 的“卸載站”節(jié)點(diǎn)，新建一個(gè)名稱為泄漏通信閉鎖，連接地址為M140.7的變量，即與卸載站PLC 中的數(shù)據(jù)地址M140.7 建立了通信連接。

圖4 上位機(jī)WinCC 監(jiān)控畫面的組態(tài)（一）

然后在圖形編輯器的主畫面main.pdl 左側(cè)“信號閉鎖位置”增添“泄漏閉鎖”靜態(tài)文本，設(shè)置相應(yīng)屬性，調(diào)整字體大小，字體顏色為紅色，如圖5所示。鼠標(biāo)右擊該文本，單擊快捷菜單中“鏈接（L）”，接著單擊“變量連接（T）”，打開“變量連接的鏈接”對話框；右擊左側(cè)“泄漏閉鎖”文本，單擊菜單中“鏈接”，打開“鏈接一個(gè)變量”對話框；點(diǎn)擊新變量名后面圖標(biāo)按鈕，打開“變量—項(xiàng)目”對話框，選擇名為泄漏通信閉鎖、參數(shù)地址為M140.7 的變量，點(diǎn)擊“確定”后完成畫面的組態(tài)。依次單擊工具欄上的保存、激活圖標(biāo)按鈕，WinCC 即可運(yùn)行優(yōu)化的監(jiān)控畫面。

圖5 上位機(jī)WinCC 監(jiān)控畫面的組態(tài)（二）

4 方案應(yīng)用的效果分析

（1）安全效益。通過對泄漏通信在雙電控提升機(jī)中閉鎖開車信號功能的研究，并成功應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，有效避免了提升機(jī)司機(jī)與井筒作業(yè)人員因溝通不清而誤開車的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了井筒作業(yè)人員操作手持機(jī)不解鎖，提升機(jī)就無法開車，極大地保障了井筒作業(yè)人員的人身安全。

（2）經(jīng)濟(jì)效益。一套已成體系的泄漏通信裝置，應(yīng)用于提升機(jī)雙信號系統(tǒng)中，并能隨Ⅰ/Ⅱ電控系統(tǒng)切換而自動切入，實(shí)現(xiàn)了無縫對接，因此不需再次安裝類似的設(shè)備，為該礦節(jié)約了數(shù)十萬元資金，最大限度地減少人力、物力的投入，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）社會效益。泄漏通信閉鎖功能在提升系統(tǒng)中成功應(yīng)用，大大改善了作業(yè)人員在井筒施工時(shí)安全系數(shù)低的問題，給煤礦企業(yè)的安全穩(wěn)定生產(chǎn)帶來了良好的社會效益[5]。

5 結(jié)語

本文針對單套泄漏通信裝置應(yīng)用在立井提升雙電控系統(tǒng)中的實(shí)際問題，提出了最優(yōu)的實(shí)施方案，通過利用增添繼電器的兩對常開觸點(diǎn)，分別接入Ⅰ/Ⅱ信號系統(tǒng)PLC 相應(yīng)輸入端接口，再用編程軟件中編寫符合控制邏輯的程序，以及對組態(tài)軟件的監(jiān)控畫面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使井筒作業(yè)人員根據(jù)現(xiàn)場情況隨時(shí)閉鎖提升機(jī)開車信號，并且在上位機(jī)界面實(shí)時(shí)監(jiān)視閉鎖的狀態(tài)。實(shí)踐證明，泄漏通信及其信號閉鎖功能明顯提高了作業(yè)人員的主動權(quán)，極大地保障了井筒中作業(yè)環(huán)境安全和作業(yè)人員的人身安全。