中小煤礦斜巷提升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想

鄭國(guó)忠

摘要：文章通過(guò)研究分析與計(jì)算，設(shè)計(jì)了一種適合中小煤礦的斜巷提升控制系統(tǒng)，具體描述了設(shè)計(jì)方案和系統(tǒng)流程，并且通過(guò)安裝相應(yīng)的傳感器及設(shè)定控制器判定邏輯，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的防跑車(chē)保護(hù)功能。

關(guān)鍵詞：提升系統(tǒng)；中小煤礦；斜巷提升

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）26-0089-02

1 煤礦斜巷提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)構(gòu)想概述

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與邏輯概述

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：如上圖1所示（斜巷內(nèi)擋車(chē)欄安裝的數(shù)量根據(jù)斜巷長(zhǎng)度進(jìn)行相應(yīng)增加與減少，本文以2個(gè)擋車(chē)裝置為例）。ABCDEF為幾個(gè)斜巷路徑中的點(diǎn)位，可以作為傳感器探測(cè)點(diǎn)位，為控制器提供相應(yīng)判據(jù)信息。圖中1#、2#擋車(chē)欄通過(guò)自動(dòng)控制，用作防跑車(chē)保護(hù)裝置。

系統(tǒng)邏輯：正常狀態(tài)下：當(dāng)?shù)V車(chē)載物正常下行時(shí)，阻車(chē)器處于釋放狀態(tài)，1#、2#擋車(chē)欄均處于關(guān)閉狀態(tài)（常閉模式），當(dāng)?shù)V車(chē)正常行進(jìn)至圖中B點(diǎn)時(shí)，控制器通過(guò)傳感器信號(hào)判定礦車(chē)運(yùn)行狀態(tài)正常，將使1#擋車(chē)欄控制回路通電，那么1#擋車(chē)欄自動(dòng)提升，礦車(chē)通過(guò)后控制器判定礦車(chē)已通過(guò)該點(diǎn)位，1#擋車(chē)欄控制回路斷開(kāi)，常閉節(jié)點(diǎn)恢復(fù)常閉狀態(tài)，1#擋車(chē)欄自動(dòng)放下（常閉模式）；同理當(dāng)?shù)V車(chē)行進(jìn)至圖中D點(diǎn)時(shí)2#擋車(chē)欄自動(dòng)提升，礦車(chē)通過(guò)后擋車(chē)欄放下；礦車(chē)運(yùn)行到達(dá)斜巷底部F點(diǎn)時(shí)，礦車(chē)安全停止。異常狀態(tài)下：礦車(chē)在下行過(guò)程中發(fā)生跑車(chē)狀況，控制器通過(guò)傳感器的信號(hào)判斷目前礦車(chē)狀態(tài)異常，那么擋車(chē)欄控制回路無(wú)法通電，擋車(chē)欄將不會(huì)提升，從而阻止礦車(chē)?yán)^續(xù)跑車(chē)，同時(shí)控制器斷開(kāi)絞車(chē)電源回路并啟動(dòng)礦車(chē)制動(dòng)回路（阻車(chē)器），發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。礦車(chē)載物自動(dòng)上行情況與下行情況相類(lèi)似，此處不做描述。

跑車(chē)防護(hù)裝置按其工作方式可分為常開(kāi)式與常閉式，因常開(kāi)式防護(hù)裝置已不符合我國(guó)《煤礦安全規(guī)程》中“擋車(chē)裝置必須經(jīng)常關(guān)閉”條款，因此本文使用常閉式進(jìn)行介紹。本文采用柔式防跑車(chē)裝置，該裝置的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)可靠性高，PLC控制，相關(guān)情況在顯示器中反應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確，同時(shí)柔性擋車(chē)裝置易于恢復(fù)運(yùn)行。

1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)國(guó)家《煤礦安全規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定及煤礦生產(chǎn)中的實(shí)際需求，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)要滿(mǎn)足如下四點(diǎn)：（1）控制系統(tǒng)必須能自動(dòng)控制也能手動(dòng)控制。（2）控制器判定值設(shè)定要滿(mǎn)足該煤礦實(shí)際狀況，確保控制器對(duì)相關(guān)傳感器信號(hào)能準(zhǔn)確及時(shí)作出判斷。（3）絞車(chē)電源回路與安全防護(hù)裝置實(shí)行閉鎖，同時(shí)礦車(chē)制動(dòng)回路與安全防護(hù)裝置相關(guān)節(jié)點(diǎn)串聯(lián)，用以實(shí)現(xiàn)礦車(chē)跑車(chē)時(shí)安全防護(hù)裝置動(dòng)作的同時(shí)絞車(chē)能立即停止運(yùn)行并進(jìn)行礦車(chē)制動(dòng)。（4）控制系統(tǒng)的人機(jī)交換界面能實(shí)時(shí)顯示礦車(chē)目前的運(yùn)行狀態(tài)和安全防護(hù)裝置的工作狀態(tài)，確保信息準(zhǔn)確，人機(jī)便于溝通。

2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成與功能實(shí)現(xiàn)

2.1 PLC控制器

PLC為可編程邏輯控制器。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。其基本構(gòu)成為：

2.1.1 電源模塊：系統(tǒng)正常運(yùn)作需要一個(gè)良好、可靠的電源。

2.1.2 中央處理單元（CPU）：中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以?huà)呙璧姆绞浇邮宅F(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)。然后從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶(hù)程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。

2.1.3 存儲(chǔ)器：用以存放相關(guān)的系統(tǒng)邏輯程序。

2.1.4 輸入輸出接口電路：用以實(shí)現(xiàn)PLC控制器的數(shù)據(jù)采樣及邏輯判斷輸出。

2.1.5 功能模塊：如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。

2.1.6 通信模塊：如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。

本例中PLC控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，控制器接收絞車(chē)控制臺(tái)、絞車(chē)速度傳感器、斜巷內(nèi)各位置傳感器的信號(hào)作為輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)PLC內(nèi)部設(shè)定的程序及相關(guān)的設(shè)定數(shù)值、控制字，通過(guò)輸出接口電路來(lái)控制絞車(chē)、擋車(chē)欄、阻車(chē)器等裝置的控制回路，以實(shí)現(xiàn)這些裝置的合理動(dòng)作，并且給人機(jī)交換平臺(tái)提供相應(yīng)的輸出信號(hào)，得以在顯示器中進(jìn)行顯示。

2.2 人機(jī)交換界面

由于斜巷的長(zhǎng)度不同，且安裝的傳感器點(diǎn)位有所不同，所以控制參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行設(shè)定。同時(shí)監(jiān)控人員需要實(shí)時(shí)掌握礦車(chē)目前的運(yùn)行狀態(tài)和安全防護(hù)裝置的工作狀態(tài)。通過(guò)顯示器及操作鍵盤(pán)，可以進(jìn)行便捷的人機(jī)信息交換。

2.3 傳感器

傳感器包括絞車(chē)傳感器、斜巷內(nèi)位置傳感器與擋車(chē)欄狀態(tài)傳感器。絞車(chē)傳感器：用于檢測(cè)礦車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)將偵測(cè)信號(hào)傳送至PLC控制器作相應(yīng)的邏輯依據(jù)。斜巷內(nèi)位置傳感器：用于偵測(cè)礦車(chē)運(yùn)行到該點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)，同時(shí)傳送至PLC控制器，經(jīng)過(guò)編制好的邏輯程序進(jìn)行邏輯判斷，然后反饋至擋車(chē)欄控制回路。若判斷礦車(chē)狀態(tài)正常，則擋車(chē)欄提升讓礦車(chē)通過(guò)；反之，則擋車(chē)欄關(guān)閉阻止礦車(chē)運(yùn)行，同時(shí)停止絞車(chē)運(yùn)行啟動(dòng)制動(dòng)回路，發(fā)出人機(jī)交換界面發(fā)出告警信號(hào)。擋車(chē)欄狀態(tài)傳感器：用于擋車(chē)欄的狀態(tài)

監(jiān)控。

3 控制器參數(shù)設(shè)置及傳感器安裝點(diǎn)位

圖2

合理安裝傳感器的位置是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。以圖1中所示的斜巷為例，我們希望礦車(chē)到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，擋車(chē)欄開(kāi)始提升（因擋車(chē)欄提升需要一定時(shí)間，所以需要提前提升），假設(shè)礦車(chē)的速度為V1，經(jīng)過(guò)t1到達(dá)W點(diǎn)（從B點(diǎn)到W點(diǎn)），此時(shí)擋車(chē)欄的提升高度正好為h（正好達(dá)到礦車(chē)的高度，處于礦車(chē)可通過(guò)該位置的臨界狀態(tài)），則B點(diǎn)為最佳安裝位置，此時(shí)擋車(chē)欄提升角度θ=2πn2t1。礦車(chē)到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，擋車(chē)欄可以自動(dòng)關(guān)閉。

我們可以得出以下推論：

式中：

V1——礦車(chē)運(yùn)行速度（m/s）

n2——擋車(chē)欄轉(zhuǎn)速（r/s）

H——擋車(chē)欄擋板高度（m）

h——礦車(chē)高度（m）

這里確定的兩點(diǎn)B和C就是傳感器安裝的理想點(diǎn)位。實(shí)際安裝時(shí)需要考慮一定量的誤差與裕度，因以上計(jì)算出的B、C位置都是在理想狀態(tài)下得出的。

4 調(diào)試

影響PLC控制器邏輯判斷準(zhǔn)確性的因素主要有兩點(diǎn)：（1）傳感器偵測(cè)反饋信號(hào)的準(zhǔn)確性；（2）傳感器安裝點(diǎn)位及對(duì)應(yīng)的控制器判斷定值。

針對(duì)第一個(gè)因素，每次安裝的傳感器都必須確定是準(zhǔn)確可靠的。傳感器合格出廠(chǎng)，由廠(chǎng)家把一次關(guān)；傳感器安裝后調(diào)試，由安裝人員把一次關(guān)。

針對(duì)第二個(gè)因素，設(shè)置一個(gè)調(diào)試程序用于在系統(tǒng)投入運(yùn)行前確定各傳感器的精確位置。主要原理即是現(xiàn)場(chǎng)安裝完畢后試運(yùn)行礦車(chē)，將礦車(chē)正常經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)的礦車(chē)狀態(tài)（速度與時(shí)間）、傳感器偵測(cè)信號(hào)反饋脈沖數(shù)等數(shù)據(jù)通過(guò)文本顯示器記錄下來(lái)。調(diào)試完畢之后，通過(guò)人機(jī)交換界面及鍵盤(pán)輸入設(shè)備將這些數(shù)據(jù)輸入進(jìn)PLC控制器邏輯程序中，作為控制系統(tǒng)邏輯判斷的相應(yīng)判據(jù)定值，至此定值調(diào)試完畢。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出的斜巷提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)適合中小煤礦的實(shí)際需要，提高了斜巷提升機(jī)的安全防護(hù)系統(tǒng)可靠性及準(zhǔn)確性，提高了斜巷提升系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，同時(shí)該系統(tǒng)具有成本低，性?xún)r(jià)比高的經(jīng)濟(jì)實(shí)用特點(diǎn)。該系統(tǒng)是中、小型煤礦傳統(tǒng)行業(yè)設(shè)備的一次技術(shù)更新改造和升級(jí)，可以提高我國(guó)中、小煤礦的安全管理水平，在避免安全事故的發(fā)生上將起到重要的作用。