一種絞車保護系統結構及軟件的設計

胡愛保

（陽泉煤業有限責任公司三礦， 山西 陽泉 045000）

引言

煤炭的運輸系統由運輸技術和運輸設備組成，這些硬件和軟件系統的成效對煤炭行業的發展至關重要。煤礦井下斜巷運輸系統是運輸工作人員和物料的重要設備，是井下運輸系統的重要組成部分。斜巷運輸系統[1]包括軌道、串車組、提升鋼絲繩、絞車、斜巷安全措施和溝通信號系統。在煤礦的實際生產工作中，由于照明、地形、距離等條件限制，絞車司機不能實時掌握軌道車的運行狀態，軌道車在運行時可能會發生翻車、脫軌和斷繩現象，對車內和巷內人員安全造成極大威脅。

1 斜巷絞車保護現狀

作為井下的提升系統，斜巷運輸系統由于地形復雜、空間狹小等特征，難以實現絞車司機對軌道車的實時監控和車輛間的溝通交流。隨著自動化技術的不斷發展和進步，煤礦信號系統也得到了長足的發展。目前國外相關技術已經相當成熟，在智利以PLC 為核心的煤礦斜井提升信號控制系統已經運營幾十年。該系統由于其操作方便、抗干擾能力強，得到國外許多國家的引進開發。

目前，我國井下運輸系統在井下提升信號控制系統方面已經相當完善，但是在斜巷提升信號控制系統[2]方面還存在一些漏洞和問題。例如，工作面的操作人員和絞車司機的通信不協調，溝通不一致。當斜巷下口的工人向絞車司機發出下放的信號時，工作面的工人可能向絞車司機發出上提的信號，此時位于斜井口的工作人員并不了解絞車運行現狀，類似的安全隱患還有很多。除此之外，我國的絞車控制系統往往是單獨存在的一套系統，與煤礦通信一體化的自動化通訊系統不兼容。這也是大部分絞車司機和其他工作人員通訊發生錯誤的原因。為了減少類似的事故發生，煤礦井下斜巷運輸控制系統勢必需要向智能化、全自動的方向發展。

2 絞車保護系統方案和結構的設計

出于經濟性和實用價值的考慮，本系統采用以單片機[3]為核心的信號控制系統。根據一般煤礦的井下斜巷設計，在保護系統中設置5 個單片機控制電路。分別控制上口、下口、分道口、車房的信號打點和顯示電路，以及信號處理電路。4 個功能單片機控制電路將信號傳輸至信號處理電路進行分析和處理，然后根據具體情況再由信號處理電路將處理后的信息反饋到各個單片機控制電路。

為了滿足在不同條件下的煤礦斜巷的保護要求，本文以模擬的煤礦斜巷[4]為例進行分析。在絞車車室、斜井上口、斜井下口和斜井分道口分別設置顯示器、斜井上口工作臺、斜井下口工作臺和斜井分道口控制器。本系統的結構框圖如1 所示。

圖1 保護系統結構框圖

模擬的斜井現場分布圖如圖2 所示，車室的信號顯示器位于絞車房的操作臺側面，通過顯示器，司機可以迅速觀察到信號顯示。

該斜巷絞車保護系統的工作原理分為有斜巷分道口控制器參與下的工作和無斜巷分道口控制器參與的工作。

圖2 模擬現場系統分布圖

1）有斜巷分道口控制器參與的工作。在有斜巷分道口控制器參與的工作時，要保證車輛信號的一致性。例如在斜巷分道口打出下行信號，斜道上口只能發出下行信號即“3”，斜道下口只能回應。當絞車開車后，打點信號和總信號被清除而分道口的信號保持。當絞車停車后，清除所有信號，等待下次打點。

2）無斜巷分道口控制器參與的工作。根據斜巷下口的工作需要發出打點信號，斜巷上口對其進行響應。若打點一致則系統發出操作信號，車室根據信號進行操車。當車輛進入行駛模式，總信號和打點信號清除同時保持開車信號。停車后所有信號清除并等待下次信號。打點信號根據“1 停，2 上，3 下”的原則。

3 絞車保護系統軟件的設計

根據上述工作原理，在設計軟件時分為系統信號打點及顯示軟件設計和系統信號處理軟件設計。系統采用OMRON 的MY4NJ DC 24 V 作為中間繼電器，信號燈均選用LA42P DC 24 V，信號打點及顯示電路采用AT89C2051 單片機，信號處理電路的單片機采用AT89S52，供電電源由DC 24 V、DV 12 V 和DC 5 V 供電電路組成。

3.1 保護軟件信號打點及顯示軟件的設計

計數器在檢測到打點信號后加一；當到達P3^3=1 時，對當前計數器數值進行存儲。單片機的引腳與CD4060 的引腳相連[5]。當單片機中輸入打點信號時，CD4060 也接收到一個復位信號并開始計時，經過大約1 s 后它的引腳輸出高電平結束打點信號。在計時1 s 內，打點有效，超過1 s 視為二次打點。其流程圖如3 所示。

在系統顯示程序中，先確認系統中目前的打點數組是否為零。如果已記錄的打點數不是零，系統重新啟動繼續再檢查命令。當檢測到打點數為零時，程序開始讀取編碼，通過數碼管將編碼轉換為打點數。在系統中設計打點數的有效范圍為1～3，如果超出這個范圍則系統返回第一層檢查數組是否為零。

3.2 軟件信號處理程序

系統的信號處理程序包括開車狀態和停車狀態。信號處理程序由8 路輸入信號和輸出信號組成，各端口的邏輯定義如圖4 所示。

幾個子程序組成了信號處理程序。包括打點程序、中斷定時程序和清零程序。打點程序是在絞車停車狀態下調用，用來判斷上端和下端所發出的打點信號是否匹配。當打點信號一致時，發出總信號。中斷程序是在下端打點后等待上端響應時調用，設置時長為30 s，若反應時長超過30 s，信號清零。同理，在總信號發出指令后上下端30 s 沒有做出反應，則信號清零。

圖3 系統信號打點程序流程圖

圖4 系統信號處理電路端口邏輯定義

3.3 軟件程序的調試

在完成軟件設計之后，分別對信號處理程序和打點程序進行調試。發現以下一些問題：在信號處理中，車輛從工作到停止模式時，信號燈沒有變化。為了解決這個問題在軟件中增加車輛停車位，當車輛到達停車位后系統自動復位。將各個子程序結合起來調試時，發現存在兩組程序時間不一致問題，由于打點信號處理裝置的時間間隔是內置的，所以對信號處理裝置加裝定時，將程序時間定為1 s。

4 結語

為了解決我國現有的斜巷絞車存在的安全隱患，從煤炭生產的實際出發，提出了一套新的斜巷絞車保護軟件。在車房、斜井上口、斜井中口和斜井下口四個位置進行打點通信。將打點信號通過單片機對進行處理分析，再通過輸出信號來反映絞車的狀態。這個系統有著連接簡單、經濟實用等特點。但是采用的裝置設備也存在穩定性和抗干擾性需要進一步提高的問題。除此之外，需要考慮開發備用系統（無人化智能化），以防出現故障而影響整體工作。這也是筆者和煤炭從業者將來需要努力的方向。