井下跑車防護裝置的設計與研究

金 卓

（國家能源集團內蒙古平莊能源股份有限公司，內蒙古赤峰024000）

0 引言

目前，國內生產的跑車防護裝置可以分為常開式跑車防護裝置和常閉式跑車防護裝置，其控制方式有手動控制式、電磁感應控制式、雷達測速控制式、光電傳感器控制式等。常開式跑車防護裝置已不能滿足《煤礦安全規(guī)程》的要求[1-5]，故市面上常閉式跑車防護裝置種類較多，但其目前存在誤動作率比較高、數據采集系統(tǒng)易出故障和事故后恢復困難等問題。

為保證礦山生產和人員的安全，提升系統(tǒng)必須安全可靠運行，基于此，本文采用PLC控制技術設計了一種常閉式跑車防護裝置（圖1），詳細分析了該裝置的系統(tǒng)結構、技術參數、工作原理等內容，設計了監(jiān)控子程序，有效降低了該裝置誤動作率和數據采集故障率，提高了礦井斜井運輸系統(tǒng)的安全性與可靠性。

圖1 跑車防護裝置示意圖

1 跑車防護裝置主要功能

井下跑車防護裝置主要負責監(jiān)控車輛的狀態(tài)、位置信息，根據邏輯關系判斷是否觸發(fā)攔車功能、故障報警、程序監(jiān)控功能、故障錄波功能。井下跑車防護裝置的功能圖如圖2所示。

井下跑車防護裝置分四部分，分別為模擬量采集模塊、主控模塊、攔車控制模塊、開關量控制模塊。各控制子模塊的信號均通過MODBUS總線上傳至主控模塊，主控模塊通過分析各子模塊的信息和邏輯運算，之后向各子模塊發(fā)出不同的動作指令，完成攔車控制、報警與信號上傳后臺監(jiān)控系統(tǒng)，并能夠儲存故障信息，完成故障錄波功能，為工作人員分析故障信息提供幫助。根據保護裝置技術要求，保留50條故障錄波信息。

主控模塊實時監(jiān)測車輛的轉速信號、位置信號、深度信號；分別協(xié)調控制攔車回路和報警回路，并根據兩個回路的狀態(tài)完成攔車和報警控制；將設備的參數、狀態(tài)信息上報后臺監(jiān)控系統(tǒng)，為車輛在后期的維護、檢修提供參考。

圖2 跑車防護裝置功能圖

2 控制原理

跑車防護裝置的控制原理如圖3所示。

圖3 控制原理圖

主控模塊方面采用目前煤礦系統(tǒng)應用比較成熟的PLC作為跑車防護裝置的控制、運行、遠程監(jiān)控、數據采集與報警等的主要元器件。該控制方式優(yōu)點是電路簡單、抗干擾能力強、適用性強。遠程監(jiān)控方面設置了登錄界面、礦車狀態(tài)界面、捕車繩網狀態(tài)畫面、故障報警畫面、參數設置畫面等內容，還設置了登錄管理權限和參數設置權限，以保證系統(tǒng)的安全性與可靠性。該模塊可以通過監(jiān)控界面實現對整個跑車防護裝置的運行情況進行在線監(jiān)控，通過設置常閉式捕車繩網，在礦車跑車時進行可靠攔截。

（1）當發(fā)生跑車時，脈沖旋轉編碼器檢測到的位置差異超過定值，PLC收到信號后，立即向阻車器、捕車繩網發(fā)出動作指令，切斷提升機電氣回路，有效防止礦車因故障沖出巷道，造成事故進一步擴大。

（2）礦車位置判斷，設置位置傳感器。當礦車運行至不同的位置傳感器時，對礦車位置進行確認，同時對脈沖旋轉編碼器進行計數并清零，完成礦車位置的確認。

（3）當礦井提升速率超過捕車繩網的動作點時，阻車器、捕車繩網動作實現車輛的動作捕車。將捕車安全繩網狀態(tài)和車輛狀態(tài)及時上傳至監(jiān)控系統(tǒng)，并可通過顯示器進行實時監(jiān)控。

（4）故障報警。設置了與PLC聯動的語音報警系統(tǒng)，當故障發(fā)生后，采用語音提示和監(jiān)控報警的雙系統(tǒng)。不同的故障類型對應不同的語音提示，并對故障進行存儲，監(jiān)控人員和維修人員可以隨時調取故障信息（包含故障起始時間、故障類型等內容），以便有針對性地下發(fā)維修計劃。

3 控制方案

根據跑車防護裝置的工作原理，跑車防護裝置程序的控制流程圖如圖4所示。PLC開機啟動后首先對程序及控制設備各個分支程序數據進行初始化，校驗各分支程序的功能及其工作狀態(tài)；動態(tài)檢測轉速信號、位置信號、深度信號；進入主程序向后臺監(jiān)控系統(tǒng)上報車輛狀態(tài)，實時監(jiān)測是否接收到后臺監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的動作指令并執(zhí)行。

圖4 控制系統(tǒng)主流程圖

（1）正常運行過程：正常提物情況下，PLC根據位置傳感器、旋轉編碼器等判斷礦車的位置、運行速度、運行方向、運行狀態(tài)、捕車繩網以及阻車器等的位置和狀態(tài)，是否有故障燈信息，并將這些數據及時傳遞至監(jiān)控系統(tǒng)。

（2）攔車過程：當發(fā)生跑車時，旋轉編碼器檢測到位置差異超過定值，各巷道捕車繩網下放，阻車器動作，實現礦車的可靠攔截。當旋轉編碼器檢測的位置未達到定值時，由于跑車造成礦車沖擊擋車欄，依舊會造成阻車器和捕車繩網動作，實現礦車的可靠攔截。跑車時觸發(fā)故障告警。

（3）監(jiān)控子程序：負責監(jiān)控主程序及各分支程序在運行過程中是否正常、是否出現程序跑飛等錯誤，并發(fā)出報警信息。

4 結語

本文采用PLC控制技術設計了一種跑車防護裝置，設計了主程序和監(jiān)控子程序，實現了捕車繩網的自動起落，有效降低了該裝置誤動作率和數據采集故障率，提高了礦井斜井運輸系統(tǒng)的安全性與可靠性，完全不用人工操作，避免了人員誤操作帶來的安全隱患。該跑車防護裝置實施后，礦車監(jiān)控人員只需通過監(jiān)控界面就能及時觀察各項狀態(tài)與參數，不需要停車或等待人工檢查確認捕車繩網的位置等信息，有效降低了維修費用，節(jié)約了運輸時間。