連曉雄

（潞安化工集團常村煤礦， 山西 長治 046100）

引言

在煤礦現(xiàn)場，煤礦挖掘工人常通過猴車進行井下井上的來回，礦下作業(yè)環(huán)境比較復(fù)雜惡劣，有時常影響猴車系統(tǒng)的正常工作，一旦運行過程中出現(xiàn)故障，將對現(xiàn)場工人的人身安全造成威脅?；谝陨显颍疚脑O(shè)計了兩級監(jiān)控系統(tǒng)對猴車的運行狀態(tài)進行監(jiān)視，分別為井下控制系統(tǒng)和地面監(jiān)控后臺。井下控制系統(tǒng)根據(jù)猴車是否乘人，對猴車的運行速度進行調(diào)頻控制。而在地面從監(jiān)控后臺實時監(jiān)視猴車的運行狀態(tài)，并根據(jù)實際情況，對猴車的運行狀態(tài)進行調(diào)整以及及時發(fā)現(xiàn)問題。

1 猴車結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計要求

1.1 猴車結(jié)構(gòu)

猴車具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，基本零部件組成包括牽引鋼絲繩、驅(qū)動輪、防爆電機等。工作流程為：電機轉(zhuǎn)子帶動驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動輪帶動鋼絲繩來回周期運動，工人則在猴車上隨鋼絲繩帶往目的地。

圖1 猴車結(jié)構(gòu)圖

1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計要求

對猴車的監(jiān)控有兩套監(jiān)控系統(tǒng)，分別為井下和地面。井下控制系統(tǒng)可對猴車的運行情況進行監(jiān)測，一旦發(fā)生故障或出現(xiàn)什么問題，自動控制系統(tǒng)將快速反應(yīng)，避免更大問題的發(fā)生，同時通過井下環(huán)網(wǎng)將運行出現(xiàn)的問題及時反饋給地面平臺，地面監(jiān)控平臺對出現(xiàn)的問題進行存儲，為以后猴車的正常運轉(zhuǎn)提供分析的素材[1-2]。

井下自動控制系統(tǒng)將根據(jù)猴車有無乘坐人員對其運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，在無人乘坐時，系統(tǒng)控制猴車低速運行，降低能耗；有人乘坐時，系統(tǒng)控制猴車以其設(shè)計速度運行。

2 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

整個猴車自動控制系統(tǒng)由三部分組成，分別是I/O 分站、井下PLC 控制程序和地面計算機監(jiān)控系統(tǒng)。井下控制系統(tǒng)接收上下相關(guān)設(shè)備傳遞的數(shù)據(jù)信息，控制猴車的運行狀態(tài)，并及時將有關(guān)猴車運行情況反饋給上位機，如猴車發(fā)生故障時。自動控制系統(tǒng)一旦出現(xiàn)運行錯誤，通過I/O 分站進行相關(guān)信號的傳遞，將問題及時處理。經(jīng)過比較分析，地面監(jiān)控計算機安裝有MCGS 組態(tài)軟件，其能夠完成井下和地面雙方監(jiān)控信息的反饋傳遞。自動控制系統(tǒng)通過傳感器對是否有人員乘車，通過PLC 控制變頻器控制猴車的運行狀態(tài)。整個地面和井下自動控制系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)配置如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

3 井下主站

如下頁圖3 所示，井下控制系統(tǒng)基本組成部分有變頻調(diào)速系統(tǒng)、300PLC 等。整個控制系統(tǒng)通過PLC接收、傳遞及處理信號來實現(xiàn)其控制運行。在經(jīng)過精確計算及合理考慮，系統(tǒng)可對猴車的運行速度調(diào)設(shè)范圍設(shè)為0.5～3 m/s。通過紅外傳感器對猴車的運行速度實時監(jiān)測，在有人乘坐猴車時，控制猴車按其設(shè)計速度運行，無人乘坐時，控制其低速運行。自動控制系統(tǒng)的基本組成部分有溫度傳感器、紅外計數(shù)器、速度傳感器等。整個猴車自動控制系統(tǒng)就是通過這一系列的傳感器對猴車的運行狀態(tài)進行控制，并及時反饋故障等信息，有效地保障了猴車的正常工作。

圖3 井下主站系統(tǒng)

3.1 變頻調(diào)速功能

一般情況下電機是不變方向的，單向帶動驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)，一旦出現(xiàn)故障，電機也可通過手動操作進行反向旋轉(zhuǎn)。變頻器的組成結(jié)構(gòu)如圖4 所示，自動控制系統(tǒng)通過PLC 控制變頻器調(diào)控猴車的運行速度。還有在驅(qū)動輪上安裝的安全緊急制動開關(guān)和高速制動開關(guān)，保障了猴車的安全運行。

圖4 接線示意圖

3.2 工作模式

PLC 控制程序操作時可調(diào)成自動模式，也可進行手動控制。在PLC 自動控制模式下，自動控制系統(tǒng)將根據(jù)設(shè)定的程序自主的在固定時間段內(nèi)，實現(xiàn)對猴車運行狀態(tài)的控制，比如正常上、下井高峰期，這時需要系統(tǒng)控制猴車進行連續(xù)工作。當有個別工人在高峰期外上、下井時，需要系統(tǒng)控制猴車開啟間斷工作模式。無人乘坐時，控制猴車低速運行或停止運行。PLC 手動控制模式，就是需要通過現(xiàn)場工作人員手動操作井下控制臺對猴車的運行狀態(tài)進行控制。

3.3 診斷和故障報警

以上所述的自動控制系統(tǒng)能夠在開工前，對自己本身的設(shè)備和控制程序進行自我檢測，若沒有達到實際開工要求，則HMI 和監(jiān)控后臺報警并反饋故障信息，提醒相關(guān)工作人員對故障部位進行修理調(diào)整，極大保障了設(shè)備的安全運行。

3.4 保護功能

該自動控制系統(tǒng)同時具備一系列的保護功能，如過速飛車保護、脫繩保護、緊急停車保護等等。當現(xiàn)場工作人員遇到危險時，系統(tǒng)將自動識別發(fā)出報警信號；當井下巷道發(fā)生危險情況，現(xiàn)場人員可通過報警開關(guān)制動猴車，同時上傳監(jiān)控平臺；當猴車的運行速度過快，或拖運工人的牽引鋼絲繩斷裂，系統(tǒng)均能自動終止猴車的繼續(xù)運行，并及時將故障信息反饋上報。不論上哪一種安全情況發(fā)生，系統(tǒng)將自動停止相關(guān)設(shè)備的繼續(xù)運行，并及時發(fā)出報警信息，在后臺監(jiān)控平臺上顯示安全保護項目。只有故障消除后，報警解除，才能繼續(xù)正常工作。

4 軟件設(shè)計與系統(tǒng)組態(tài)

4.1 軟件設(shè)計

PLC 的最大功能是能夠通過變頻器對猴車的運行速度實現(xiàn)自動控制，但是在對系統(tǒng)進行測試檢修時，需要手動進行操作。在系統(tǒng)自動工作模式下，一旦出現(xiàn)保護動作，系統(tǒng)立刻會將相關(guān)數(shù)據(jù)信息上傳至后臺監(jiān)控主站，經(jīng)主站對上傳的信息處理后發(fā)出指令對PLC 控制程序?qū)嵤┛刂?；在系統(tǒng)手動模式工作中，可以不需要系統(tǒng)發(fā)出保護數(shù)據(jù)信息，強制對系統(tǒng)進行調(diào)修檢測。自動控制系統(tǒng)可通過地面監(jiān)控平臺或井下控制系統(tǒng)對猴車的運行情況進行實時控制。在系統(tǒng)自動工作模式下，地面和井下控制系統(tǒng)對猴車的控制均有效，誰先發(fā)出的控制信號，猴車就遵循誰的指令。在系統(tǒng)自動操作模式下，系統(tǒng)根據(jù)傳感器發(fā)出的數(shù)據(jù)信息，控制電機運行。另外系統(tǒng)根據(jù)猴車運行時間和拉線信號，指令猴車停止工作。

4.2 組態(tài)設(shè)計

在猴車自動控制系統(tǒng)中，構(gòu)造生成地面計算機監(jiān)控系統(tǒng)的MCGS 組態(tài)軟件將通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的收集整理，以報表輸出等多種方式為用戶提供解決問題方案。

該組態(tài)軟件不僅能夠通過可視化監(jiān)控對PLC 進行控制，還可把PLC 的相關(guān)數(shù)據(jù)信息及時反饋在后臺監(jiān)控平臺。地面計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過PLC 上傳的相關(guān)數(shù)據(jù)信息對猴車運行實現(xiàn)控制。一旦猴車運行狀況出現(xiàn)障礙，報警信息立即通過PLC 處理后傳遞至地面監(jiān)控平臺。相關(guān)的故障信息會在地面控制系統(tǒng)中保存有一定的周期，以便工作人員隨時查閱，完善系統(tǒng)運行的漏洞。

工作人員需要通過監(jiān)控界面來獲取系統(tǒng)的運行信息，通過監(jiān)控界面實現(xiàn)的功能有：能夠?qū)Σ煌僮魅藛T設(shè)置管理權(quán)限；顯示猴車運行速度、變頻器、電機等運行信息。

5 結(jié)語

設(shè)計了猴車的地面和井下自動控制系統(tǒng)，大部分運行情況下，系統(tǒng)實行自動運行，緊急情況下或強制對系統(tǒng)檢修維護的時候可手動操作。經(jīng)過實際應(yīng)用，該系統(tǒng)運行狀況良好，故障發(fā)生率與之前系統(tǒng)相比降低，既有效保證了工作效率，還一定程度上降低了猴車運行時的安全風險。