PLC控制在礦井提升機(jī)打點(diǎn)信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

李亞韞

（山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程與自動(dòng)化系，山西 太原 030006）

早期礦井提升機(jī)打點(diǎn)信號(hào)系統(tǒng)控制以集成電路或單片機(jī)居多，與PLC可編程控制器相比，前者維護(hù)、使用比較復(fù)雜，故障率較高，性能不穩(wěn)定，容易發(fā)生誤動(dòng)作。本系統(tǒng)以PLC控制器為核心，采用LED屏同步模擬顯示，可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編程，很容易解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題[1]，誤動(dòng)作率低，操作簡(jiǎn)單，極大的提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性。

1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)控制主要分為3大部分：絞車房、上井口、下井口。三部分控制器均采用三菱公司FX2N系列PLC[2]。

1.1 主要部分基本配置

1)絞車房

絞車房基本配置：48點(diǎn)晶體管型PLC、繼電器擴(kuò)展模塊、控制按鈕、語(yǔ)音通訊模塊、報(bào)警電路、LED點(diǎn)陣顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊、普通電源等。

2)上井口

上井口車場(chǎng)基本配置：32點(diǎn)繼電器型PLC、語(yǔ)音通訊模塊、控制按鈕、報(bào)警電路、LED點(diǎn)陣顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊、防爆型電源等。

下井口車場(chǎng)基本配置：32點(diǎn)繼電器型PLC、語(yǔ)音通訊模塊、控制按鈕、報(bào)警電路、LED點(diǎn)陣顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊、防爆型電源等

1.2 PLC之間的通訊

1)3 個(gè)PLC之間的信息交流都是通過(guò)MODBUS 485通訊方式來(lái)完成。例如井底發(fā)出開(kāi)車信號(hào)后，通過(guò)485通訊先由井口接收到，井口確認(rèn)井底信號(hào)后，發(fā)出與井底相同信號(hào)，在確認(rèn)兩個(gè)信號(hào)相同后，才能通過(guò)485通訊將開(kāi)車信號(hào)送到車房。停車、急停、檢修、水平信號(hào)都可以直接發(fā)往絞車房。

2)通訊電纜可選用5芯阻燃式鎧裝控制電纜

圖1 PLC之間的通訊Fig. 1 The communication between PLC

1.3 打點(diǎn)信號(hào)數(shù)碼管顯示模塊

絞車房、上下井口車場(chǎng)打點(diǎn)信號(hào)數(shù)字顯示均采用74LS247驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極數(shù)碼管。大小分別為車房?jī)?nèi)為5寸數(shù)碼管、上下井口車場(chǎng)內(nèi)為3寸數(shù)碼管。打點(diǎn)信號(hào)數(shù)碼管顯示電路如圖2所示：其中1號(hào)數(shù)碼管點(diǎn)亮?xí)r發(fā)紅光用于顯示當(dāng)前打點(diǎn)信號(hào)；2號(hào)數(shù)碼管點(diǎn)亮?xí)r發(fā)藍(lán)光用于顯示存儲(chǔ)提升打點(diǎn)信號(hào)。

圖2 打點(diǎn)信號(hào)數(shù)碼管顯示模塊Fig. 2 Hoist signal digital tube display module

1.4 語(yǔ)音通訊模塊

模塊中送話器采用雙線駐極體話筒；喇叭采用型號(hào)為YH5-8A筒揚(yáng)聲器；打點(diǎn)音響頻率為1 000 Hz左右。語(yǔ)音通訊模塊模擬圖如圖3所示。

圖3 語(yǔ)音通訊模塊Fig. 3 Speech communication module

2 系統(tǒng)功能

2.1 絞車房顯示功能

1)提升打點(diǎn)信號(hào)數(shù)碼顯示：1點(diǎn)—停車、2點(diǎn)—快上、3點(diǎn)—快下、4點(diǎn)—慢上、5點(diǎn)—慢下；

2)提升類別漢字顯示：“檢”、“急”、 “快上”、“快下”、“慢上”、“慢下” 、 “一水平”、“二水平”；

本文利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（DEA）理論框架中較為前沿的Epsilon-Based Measure（EBM）模型對(duì)中國(guó)工業(yè)行業(yè)的低碳全要素生產(chǎn)率進(jìn)行評(píng)價(jià)。該模型是對(duì)傳統(tǒng)DEA理論的重大突破，吸收了徑向模型（CCR、BCC等）和非徑向模型（以SBM模型為代表）的優(yōu)點(diǎn)，在決策單元相對(duì)效率的評(píng)價(jià)上更具優(yōu)勢(shì)，評(píng)價(jià)結(jié)果更為客觀可靠［20-21］。還參考雷明等的做法，引入動(dòng)態(tài)要素，構(gòu)建動(dòng)態(tài)EBM-MI指數(shù)模型對(duì)中國(guó)工業(yè)行業(yè)的低碳全要素生產(chǎn)率進(jìn)行測(cè)算［22］，分別從縱向時(shí)間序列和橫向行業(yè)角度對(duì)測(cè)算結(jié)果進(jìn)行分析，并據(jù)此提出相應(yīng)的政策建議。

3)提升信號(hào)調(diào)用顯示功能：能對(duì)最近10次提升信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)并循環(huán)調(diào)用顯示；

4)顯示信號(hào)回路接通功能。

2.2 上、下井口車場(chǎng)顯示功能

1)提升類別漢字顯示：“檢”、“急”、 “快上”、“快下” 、“慢上”、“慢下” 、 “一水平”、“二水平”；

2)下井口發(fā)來(lái)的提升信號(hào)的數(shù)碼顯示；

3)本位發(fā)出的提升信號(hào)數(shù)碼顯示。

2.3 絞車房控制功能

1)無(wú)論是上井口還是下井口發(fā)出的“急停”信號(hào)，直接送車房顯示“急”[3]。且有喇叭長(zhǎng)鳴報(bào)警，同時(shí)閉鎖其它信號(hào)；

2)無(wú)論是上井口還是下井口發(fā)出的“停車”信號(hào)，直接送到車房顯示“1”且有喇叭一聲響；

3)無(wú)論是上井口還是下井口發(fā)出的“檢修”信號(hào)，直接送到車房顯示“檢”，閉鎖其它信號(hào)；。

4)由上井口車場(chǎng)發(fā)出“一水平”、“二水平”信號(hào)后，在車房?jī)?nèi)顯示“一水平”、“二水平”；

5)必須在上井口與下井口車場(chǎng)發(fā)出相同的打點(diǎn)信號(hào)時(shí)才能顯示在車房控制箱上，并伴有相應(yīng)數(shù)字音響，否則無(wú)輸出信號(hào)；

6)若打點(diǎn)信號(hào)“2、3、4、5”未送到車房，絞車房不能開(kāi)車（車房有一個(gè)繼電器串入安全回路）。

2.4 上、下井口車場(chǎng)控制功能

1)上井口車場(chǎng)PLC負(fù)責(zé)與下井口車場(chǎng)和車房信號(hào)聯(lián)絡(luò)[4]。當(dāng)井底做好開(kāi)車準(zhǔn)備時(shí)，下井口發(fā)出開(kāi)車信號(hào)輸送到上井口，告之已具備開(kāi)車條件。同時(shí)也送入到絞車房，參與車房信號(hào)邏輯控制；當(dāng)然上井口也可向下井口發(fā)出詢問(wèn)信號(hào)進(jìn)行要“點(diǎn)”，說(shuō)明井口可以準(zhǔn)備開(kāi)車；

2)下井口車場(chǎng)發(fā)出的打點(diǎn)信號(hào)在上井口車場(chǎng)顯示，且上、下井口車場(chǎng)發(fā)出的打點(diǎn)信號(hào)相同時(shí)才能輸出到絞車房；

3)“急停、停車、檢修”按鈕按下時(shí)全線都顯示；

4)上井口發(fā)出水平信號(hào)，各個(gè)水平信號(hào)之間相互互鎖，如：“一水平信號(hào)”發(fā)出后只能執(zhí)行 “一水平”信號(hào)的控制，全線顯示“一水平”。

2.5 閉鎖功能

1)信號(hào)與絞車控制回路閉鎖：只有絞車房接到上井口發(fā)來(lái)的提升信號(hào)，絞車房可開(kāi)車；

2)信號(hào)與安全回路閉鎖：當(dāng)絞車房收到上、下井口信號(hào)發(fā)來(lái)的“急停”信號(hào)，絞車安全回路跳閘；

3)信號(hào)有轉(zhuǎn)發(fā)閉鎖：上井口只有受到下井口發(fā)來(lái)的信號(hào)時(shí)，才能向車房發(fā)出信號(hào)，并只能轉(zhuǎn)發(fā)與下井口相同的信號(hào)[5]；

4)開(kāi)車信號(hào)閉鎖：當(dāng)發(fā)出信號(hào)后，只有清除當(dāng)前信號(hào)后，才能發(fā)出其它信號(hào)；

5)上、下井口車場(chǎng)發(fā)出的“停車”信號(hào)可直接發(fā)往絞車房，不受信號(hào)本身閉鎖的限制；

6)上、下井口車場(chǎng)發(fā)出的“急停”信號(hào)可直接發(fā)往絞車房，不受其他任何信號(hào)的限制；

7)上、下井口車場(chǎng)發(fā)出“急停”信號(hào)后，其它信號(hào)均不能再發(fā)出，包括開(kāi)車信號(hào)和檢修信號(hào)；

8)檢修信號(hào)發(fā)出后，開(kāi)車信號(hào)不能發(fā)出；

9)在語(yǔ)音通訊功能中，下井口只對(duì)上井口，上井口既與下井口也可與車房進(jìn)行通訊，但車房只可與上井口進(jìn)行通訊。

3 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)中上、下井口車場(chǎng)、絞車房控制器采用三菱公司的FX2N系列 PLC，它們之間運(yùn)用MODBUS 485通訊方式，大大提高了信號(hào)的傳輸距離，符合井下通訊需要。而且通訊電纜選用5芯阻燃式鎧裝控制電纜，簡(jiǎn)化了PLC的外圍電路，減小了故障點(diǎn)，降低維護(hù)難度，同時(shí)也節(jié)約成本。提升機(jī)打點(diǎn)信號(hào)顯示采用數(shù)字及漢字同步顯示，這方便工作人員進(jìn)行判斷信號(hào)，避免因疏忽造成誤動(dòng)作。同時(shí)打點(diǎn)信號(hào)顯示中還增加了存儲(chǔ)功能，工作人員可以調(diào)用顯示最近10次的信號(hào)操作，便于故障查詢。總之，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有強(qiáng)大的信號(hào)控制和閉鎖功能，滿足礦井提升機(jī)工作系統(tǒng)的安全需要。系統(tǒng)試用以來(lái)結(jié)果表明：系統(tǒng)運(yùn)行可靠、性能穩(wěn)定，為煤礦安全生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[6]。同時(shí)在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，礦井提升機(jī)工作系統(tǒng)還存在一個(gè)重要數(shù)據(jù)——提升機(jī)提升鉤數(shù)，它是反映礦井中工作人員單班提升量的重要數(shù)據(jù)。為了更科學(xué)的適應(yīng)礦井生產(chǎn)，今后打點(diǎn)信號(hào)顯示中可以增加提升鉤數(shù)顯示功能。

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