基于PLC的煤礦架空乘人裝置控制系統研究

薄煒杰

（西山煤電（集團）有限責任公司， 山西 太原 030053）

引言

隨著科學技術的不斷發展，自動化技術日趨成熟，利用可編程控制器（PLC）為核心，開發出一套架空乘人裝置自動化控制系統。該系統的核心硬件為歐姆龍公司生產的CQM1H型可編程控制器采用Ver2012043CP1H軟件進行編程，優化保護系統，最終可以實現自動化控制架空乘人裝置。

1 硬件組成

1.1 系統整體結構

架空乘人裝置自動化控制系統主要包括PLC控制柜[1]、操作箱和分站箱組成。分站箱一共3個。其中，PLC控制柜和操作箱在機頭部位，控制柜可以發出相關的控制信號和執行信號，在操作箱上安裝觸摸屏，可以實時的顯示架空乘人裝置的運轉情況，操作箱還設有啟動、復位、急停等功能的按鈕。分站箱1和分站箱2按順序布置在巷道，分站箱3放在架空乘人裝置機尾處。使用PROFIBUS Decentralized Periphery通信方式將機頭主站和分站連接[2]。機尾處的接入啟停、拉線、拖繩、越位和重錘保護等功能[3]。利用光電交換機將分站箱與地面計算機相連，最后實現遠程控制。架空乘人裝置自動化控制系統結構如圖1所示。

圖1 自動化控制系統整體結構

1.2 PLC設計

CQM1H可編程控制器的硬件組成包括1個BT 2103-5PROFIBUSDecentralized Periphery通信模塊、1個CPU2428GT/GT/GT模塊、1個SM2125模擬信號輸入模塊、1個SM2177數字信號輸入/輸出模塊、3分站箱的型號為AM600B，各分站還包括1個TF232-2COMPACT64模 塊 、1個 4IM×24VOC/0.8MT和1個BM-D252AD終端模塊組成[4]。

CQM1H CPU具有28點輸入/20點輸出，所分配的物理地址 QBI、IBI、IBO、QBO。其中輸入點負責的信號包括：操作箱控制信號、機頭越位、驅動速度、脫繩輪速度等，輸出點負責的信號包括：制動閘控制、電動機控制、驅動輪控制等。SM2125（AI6×32bit）模塊端點負責接收驅動油壓信號、補油壓信號、油溫信號等。SM2125（DN32×24V）模塊負責連接工作人員上下信號和架空乘人裝置甩道信號[5]。分站AM600B的端點（DN32×24V）負責接收拉線和機尾的信號。

2 系統軟件及功能

2.1 軟件流程

選擇Ver2012043CP1H進行硬件的編程[6]。程序編寫完成后，組態出和主站、分站相匹配的硬件，然后進行PROFIBUS Decentralized Periphery通信連接。采用模塊化思維進行程序設計，主要包括：主程序、啟動模塊、初始模塊、速度控制模塊、數據傳輸模塊、停止模塊，流程如下頁圖2所示。

2.2 主要功能及原理

設計架空乘人裝置控制系統的目的是為了實現人員安全運輸及設備保護。

通過在設備的相關部位安裝傳感器，對設備運行過程中的主要參數進行監測，并設定正常工作時的參數范圍。如果傳感器監測的數據不在正常范圍內，就會發出相應警報，提醒工作人員處理。設備保護的主要監測參數包括：油壓壓力、電機溫度，人員保護的主要監測參數包括設備運轉速度、鋼絲繩工作狀態、有無拖繩風險等。

1）油壓壓力、電機溫度監測。電動機是整個裝置的核心部位，通過對電動機內油的壓力及電動機溫度進行監測，判斷電機的工作狀態。為了確保制動閘和鉗形閘可以正常工作，還需要對液壓站的油壓進行監測，監測主要包括補油油壓、驅動油壓和泵控油壓。此項監測可以杜絕因為機械原因造成的鉗形閘和制動閘無法工作。

2）速度保護、拖繩保護。架空乘人裝置在運轉過程中的基本要求就是速度穩定，測量速度的傳感器型號為SCA1000-D01，通過分析單位時間內所測得的脈沖信號數量，判斷其速度情況。傳感器的安裝位置在機頭附近，同時在拖繩靠近內輪處安設磁鋼，當架空乘人裝置開始工作之后，磁鋼有利于保證裝置速度穩定。如果傳感器監測到的脈沖信號數量出現異常，變會發出報警信號，自動停止設備運行。

因為鋼絲繩拉緊之后，會產生橫向作用力，在機頭、機尾及邊坡點，容易出現脫繩的現象，在邊坡點安裝SCA1000-D01傳感器。當設備正常運行時，會產生正常的脈沖信號，如果邊坡點處鋼絲繩發生脫落，所在位置的輪子就會停止運轉，傳感器將無法接收到脈沖信號，便可以報警，實現拖繩保護。

3）越位保護、拉線保護、重錘保護。某煤礦架空乘人裝置采用的是無極循環鋼絲繩帶動座椅，使得工作人員通過驅動盤時可能會在離心力的作用下被甩下裝置，為此要安裝越位保護設備。越位信號的開關接入控制回路，正常情況下，越位開關不會產生動作，當有人出現越位時，在重力的作用下，越位開關發生動作，實現自動停車、并對故障進行語音播報。

當架空乘人裝置在運轉的過程中，隨著使用時間的增加，鋼絲繩可能會出現松垮、斷繩等現象。為此專門設計了重錘保護。重錘裝置通過軌道小車和機尾的摩擦輪相接，在裝置的上下方適當位置設有開關，在運轉過程中，如果出現了鋼絲繩斷裂等故障，小車將沿軌道向下移動，出發到開關，實現對架空乘人裝置的重錘保護。

沿著裝置的方向設置拉停開關，正常條件下，信號處于常開狀態，當工作人員發現緊急情況時，拉動開關，即可實現緊急停車。在機頭處設有復位按鈕，當情況排除后，摁下復位按鈕，即可使設備重新運轉。

3 現場試驗

將該系統在某煤礦進行了現場試驗。該煤礦架空乘人裝置型號為RJKY55-25/600，巷道全長820 m，最大傾角為35°，平均角度為22°，正常運行速度為0.9 m/s，乘人間距為12 m，人員運輸效率為360人/h，牽引力為16085 N，鋼絲繩最大張力為40033 N，尾錘重量為900 kg，驅動輪尾輪直徑為1100 mm，鋼絲繩規格為 12.5-NAT-6×29Fi+IWR-1770-ZS-GB8919。

使用架空乘人裝置控制系統后，某煤礦架空乘人裝置的管理效率有了明顯提升，可以時刻了解電機及其他設備的工作狀態，大大降低了設備的故障率，取得了理想得效果，在進行井下試驗的過程中，架空乘人裝置出現了一次超速情況，監測傳感器及時報警，并自動停止了設備的運轉，從根本上降低了安全隱患。

4 結語

在架空乘人裝置控制系統應用過程中，發現此系統具有操作簡單、監測準確等優點，可實現架空乘人裝置的平穩啟動、停止，增加了架空乘人裝置運行的安全性，對其他礦井架空乘人裝置的的應用與管理具有借鑒意義。

[1]肖公平，羅前發.PLC可編程控制器在架空乘人裝置自動化控制的應用[J].煤礦開采，2009，14（5）：2-73.

[2]張秀良，李建忠，王輝.狹窄井巷架空索道人料運輸系統設計與應用[J].煤礦機械 2010，31（4）：177－179.

[3]劉璐，朱一凡.基于PLC與組態王的帶式輸送機控制系統設計[J].煤礦機械，2010，31（6）：20－22.

[4]丁硯濤，姜昆，徐安成.井下架空乘人裝置的問題分析與措施研究[J].山東煤炭科技，2004（2）：94-95.

[5]白云，高育鵬，胡小江，等.基于Lab VIEW的數據采集與處理技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2009.

[6]王志奎，朱清慧.可編程控制器和交流變頻器在開環、閉環調速系統中的應用[J].現代電子技術，2002（7）：27－29.