礦用斜巷常閉式跑車綜合防護系統的改進

羅鋒華+++席自強

摘 要：在煤礦開采施工當中，煤礦跑車事故是時有發生的，它幾乎占到整個礦井運輸提升機電施工事故中的50%比例，且依然處于上升趨勢。為了確保煤礦生產施工安全，文章分析了基于PLC控制的礦用斜巷常閉式跑車綜合防護系統，主要對它的系統程序編寫與硬件部分設計改進進行了詳細闡述。

關鍵詞：礦用斜巷常閉式跑車綜合防護系統；礦井運輸；PLC控制；程序設計

在煤礦開采生產過程中，傾斜井巷主要被應用于礦井提升運輸系統，它也是礦井生產最重要的環節部分，直接參與煤炭、巖石材料提升和設備材料下放等施工任務，另外也包括對礦井施工人員的升降送達任務。所謂礦井跑車事故多是由于煤礦斜巷在提升過程中，絞車提拉礦車由于重力分力作用而造成脫鉤現象，促使礦車沿軌道方向異常運行。它不但能造成井巷及設備損壞，也能造成人員傷亡，后果不堪設想，必須對其加以綜合防護改善。

1 PLC控制系統的選用

就傳統煤礦礦井運輸工作而言，它所采用的跑車防護控制裝置方式主要包括繼電器控制、單片機控制、工業計算機控制等等。這些傳統控制方式在實踐運用中均暴露出體積偏大、可靠性不強、系統設計、安裝及調試工作量大且復雜，故障率偏高等問題，不能完全確保礦井運輸的100%綜合有效防護，還會為礦井運輸及施工帶來安全威脅。而就目前的眾多應用技術來看，基于可編程序控制器原理的PLC控制系統則效果更好，它具有無可替代的技術優勢，對礦井運輸施工惡劣環境也具有較強的適應性，以下給出PLC控制系統的基本工作原理。

將PLC控制系統應用于傾斜井巷跑車體系中，其關鍵就是以PLC控制器為控制核心的礦用跑車綜合防護系統構建。它主要是將傳感器分別安裝于軌道各處，希望起到測速與到達的作用，同時將其它傳感器安裝于擋車欄配套部件上，作為限位傳感器來檢測擋車欄的實際提升與下放狀態。在整個控制過程中，PLC則起到結合傳感器信號來判斷礦井跑車實際運行狀態的作用，并能夠基于不同狀態而發出各種動作指令[1]。

2 基于PLC控制系統的礦用斜巷常閉式跑車綜合防護系統設計

2.1 基本工作原理分析

基于PLC控制系統來設計跑車綜合防護系統，其系統工作流程如下：首先為系統上電，保證PLC控制器能夠持續產生24V直流電，并將PLC控制器與所有傳感器相連，確保傳感器處于待工狀態，再基于PLC自動判別功能來將攔車網門下放到位。

當礦車正式下行工作過程中，首先要將礦車軌道傳感器下行穿越它們的時間信號，并將信號傳遞到PLC控制器位置，看其控制器是否能完成對礦車速度的正常判定，如果判定礦車在正常運行速度范圍，則PLC會控制電機正轉，并上提攔車網門。攔車網門到位以后，就要借助傳感器發出上提到位信號，此時PLC叫停運行電機，為礦車下行發出下行信號，再次放下攔車網門。此時礦車車門會處于常閉狀態，并開始下行。PLC在礦車下行期間不會控制電機工作，主要利用攔車網門來攔住礦車以達到保障斜井下方設備與工作人員安全的目的，如圖1。

如圖1中的跑車綜合防護系統，其中5、7、9位置均為位置傳感器，3和8為限位傳感器，1為絞車，2為電機，4為擋車欄。

2.2 PLC控制程序的編寫設計

可以將整個斜巷常閉式跑車防護裝置視為是一套完整的機械智能程序，它主要包含了系統自檢、車輛行駛狀態判斷、擋車攔提升及下放分支環節。因此在設計過程中，必須對它們進行分段式程序編寫描述，然后再組合成為一套完整的具有豐富功能的程序體系，以下主要從兩方面內容來談。

2.2.1 礦車行駛狀態判定程序的設計。一般來說，煤礦傾斜井巷中的礦車軌道均為單向車道，所以礦車在其中只能保持上行或下行一種狀態。基于PLC的控制系統主要通過傳感器來觸發實時反映，技術人員以此來判斷礦車在礦井中的實時運作狀態。具體來講，如果礦車正在進行下行動作，則PLC會主動判斷它通過傳感器的位置與速度，并決定是否傳遞信號啟動攔車攔電機，看是否需要對其實施提升動作。為此，傾斜井巷中會專門設置紅綠燈交通管理裝置來指示礦車運動狀態，如果是紅燈，礦工就會明確礦車正在進行下行運動，直到礦車完全通過擋車欄被下放到礦井底部后，綠燈才會亮起。

PLC控制系統在整個操作過程中會設置擋車欄提升信號及下放信號，并通過程序體系中的關鍵導通程序來驅動提升信號，以判斷礦車到底正處于上行還是下行狀態。考慮到礦車會從兩方向來通過擋車欄，所以PLC控制系統會命令導通程序來掃描礦車運行周期，確認礦車的實時狀態[2]。

2.2.2 擋車欄的提升與下放信號設計。擋車欄也是基于礦車對PLC傳感器的觸發狀態來展開運行操作的，分別存在提升與下放兩種動作狀態。一般情況下，絞車房會設置擋車欄的提升及下放按鈕，實現自動操作。但為了防備緊急特殊狀況，則還會設置兩個以人工手動控制為主的擋車欄下放與提升按鈕，確保實現對擋車欄開閉的實時有效控制。PLC控制系統專門設置了一個TZCP比較指令來實現擋車欄自動控制功能。此時如果Y0為On狀態，電機會正常運轉，擋車欄也會正常執行開門動作，直到碰到上限傳感器為止。而Y0在Off狀態時，擋車欄的打開作業會自動停止。

2.3 PLC控制程序的硬件設計

在該跑車綜合防護系統中，還應該配合外部電路系統來輔助PLC控制，實現對整個防護系統的進一步保護作用。以電機的正反轉為例，可以嘗試為其設置一套備用線路。

備用線路主要以三相異步電動機正反轉控制為主，圍繞它來設計主電路與集電器控制電路。這其中主電路主要依靠電氣線路強電流通過來控制電源開關、接觸器以及主觸頭，再控制熱繼電器發熱元件傳輸電流到電動機位置。另外輔助電路設計部分則主要包括了控制線路、信號線路、保護線路與照明。將繼電線路與接觸器線圈、觸頭、輔助觸頭、電笛以及其他電器元件組成一體，并通過強電流主電路和弱電流輔助電路來區別主輔電路，就能形成一套基于PLC系統控制保護的完整電機控制電路。

在其他硬件設計方面，主要圍繞煤礦工作環境的特殊性來制定特定設計要求。例如含有PLC控制器的電控箱可以設計為能夠承受爆炸性環境的隔爆兼容本安型電控箱，它主要對電控箱的外殼材質及厚度進行了有效加強，同時調整了電控箱隔爆面的光滑度與結合面的長度，對腔體的凈容積、安全間隙及密封程度設計也作出了嚴格規定。如此設計也是為了豐富PLC控制系統功能，做到對跑車綜合防護系統安全性及實用性的全面提升。

3 結束語

本文基于PLC控制系統探討了當前礦用傾斜井巷常閉式跑車的綜合防護系統改進設計過程，從安全可靠性方面大大提升了防護系統能效。當然在實踐過程中也發現，系統誤動及延遲情況時有發生，這些都是需要在以后的研究實踐中加以修正和再次改造的。

參考文獻

[1]楊俊卿.礦用斜巷常閉式跑車防護系統的改進[D].南昌大學，

2012：33-44.

[2]董曉斌.斜巷自動防跑車裝置的應用[J].硅谷，2013（14）：70，80.

作者簡介：羅鋒華（1979-），男，江西南昌人，在職研究生，工程師，研究方向：電氣工程、PLC控制技術；席自強（1960-），男，湖北武漢人，博士，教授，研究方向：電能質量檢測與控制、太陽能發電技術。