無極繩連續牽引絞車一體化操控臺的研發和應用

梁克章 周 峰 馮 振

（1.棗莊冠龍機械有限公司，山東 棗莊 277100；2.棗莊礦業集團新安煤業公司，山東 微山 277642；3.湖北沙鷗通信股份有限公司，湖北 荊州 434000）

1 礦用繩牽引運輸設備控制系統現狀

新安煤業公司在3416 工作面安裝使用了SQ-100/132P 型無極繩絞車一部，但電控裝置、通信信號裝置、電機驅動裝置由不同的廠家生產，各裝置間對接時，由于各設備生產廠商通信協議不同，對設備電磁兼容性的理解上存在差異，往往導致對接后系統運行穩定性不高、故障定位繁瑣等問題。

由于以上原因，電控裝置、通信信號裝置、電機驅動裝置之間往往是彼此孤立的，從而無法產生聯動。另外，由于設備分散，連接電纜多，在安裝空間和設備管理上給礦方造成了一定的不便。傳統運輸巷道系統布置圖如圖1。

圖1 傳統運輸巷道系統布置圖

基于上述問題，提出將電控裝置、電機驅動裝置（軟起動裝置）、通信信號裝置集成至同一設備中，采用標準的Modbus 通信協議及合理的電源分配，確保系統通信可靠性、安全性和抗干擾能力，減少了設備間的連接電纜數量，提高工作人員的工作效率，并在新安煤業公司3416 工作面進行研發和應用，對煤礦運輸巷道的安全運輸起到極大的促進作用[1-2]。

2 礦用繩牽引運輸設備控制系統研究主要內容

2.1 系統組成

一體化操控臺由電控裝置、軟起動裝置、通信信號裝置組成（漏泄通信信號單元、移動視頻監視單元）。該操控臺裝置采用一體式設計，可替代傳統模式中獨立配置的電控操控臺、軟起動器、信號臺、視頻監視等多種設備。

該操控臺以高性能可編程控制器PLC 為核心，集成指紋識別、數字信號傳輸、數字視頻監視等技術，配以高清雙顯示器，分別用于顯示絞車運行狀態及視頻監視圖像，將絞車綜合保護、視頻監視、電機軟起動、可逆控制、漏泄信號及通訊、授權操作等單元集成于一體，減少設備占用空間，減少設備故障點。一體式繩牽引運輸設備操控臺組成如圖2。

圖2 一體式繩牽引運輸設備操控臺組成框圖

2.2 系統設計及工程應用

2.2.1 電控單元

電控單元原理框圖如圖3 所示。電控單元主要由PLC 主控制器、人機信號模塊、通信信號單元、鍵盤模塊、電源模塊、顯示器等組成。

圖3 電控單元原理框圖

PLC 主控制器主要負責與人機信號模塊和軟起單元交互；PLC 主板并結合傳感器和外設輸入信號，綜合邏輯判斷處理后，通過RS485 信號發送至軟起單元，軟起單元根據信號做出相應動作并將軟起實時狀態（如電壓、電流、保護信息等）通過RS485 反饋給PLC 電控主板，PLC 主板將該信息發送至人機信號板，人機信號板將相關狀態發送至顯示器顯示。

人機信號單元主要負責鍵盤單元、2 路外部模擬量的采集、數字信號單元、顯示器的數據交互、各項系統參數的設置與存儲、歷史報警記錄的存儲等。

數字單元主要負責無線漏泄信道的管理。包括：信道管理時隙分配、業務時隙分配以及移動終端的管理；當出現無線鏈路故障時，能通過RS485 和硬線方式告知系統。

2.2.2 移動視頻監視單元

移動監視系統是基于Wi-Fi 網絡的，系統主要是由攝像儀、基站、硬盤錄像機組成。

基站主要負責無線信號覆蓋。空中部分采用Wi-Fi 模式，支持IEEE802.11b/g/n、WDS 無線漫游、無線基站與無線基站信號傳輸采用TCP/IP 協議，傳輸速率可達1000 Mbps，最大傳輸距離200 m。有線網絡傳輸主要是RTP/RTCP 作為應用層協議，傳輸層協議則采用TCP/UDP。

硬盤錄像機實際上是一臺基于嵌入式處理器和嵌入式實時操作系統的計算機。它采用了視頻壓縮卡對圖像進行壓縮和解壓回放，嵌入式操作系統主要是完成整機的控制及管理。

2.2.3 軟起動單元

軟起動單元原理框如圖4 所示。軟起動器的電磁部分由隔離換相開關、接觸器組成。當軟起動有故障時，將軟起動操作設置為直起，它就具有完備的電磁起動器功能。

圖4 軟起動器原理框圖

軟起動器的控制方式分為三種：近控、遠控、數控。

“近控”方式指：當將控制方式設置為“近控”時，隔離換向開關閉合后，必須通過軟起動器操作面板上的“正轉”、“反轉”和“停止”按鈕操作。

“遠控”方式指：當將控制方式設置為“遠控”時，隔離換向開關閉合后，軟起動器將通過無源觸點由外部控制“正轉”、“反轉”和“停止”。

“數控”方式指：當將控制方式設置為“數控”時，隔離換向開關閉合后，軟起動器將通過RS485通訊接口控制“正轉”、“反轉”和“停止”。

軟起動器的起動方式分為兩種：軟起動、直接起動。

“軟起動”是指：將設置界面的斜坡模式設置為“電流斜坡”，將設置界面的起動方式設置為“軟起”，當隔離換向開關閉合后，將由軟起動器“正轉”、“反轉”和“停止”按鈕操作。此時，軟起動功能起作用。

“直接起動”是指：將設置界面的起動方式設置為“直起”，當隔離換向開關閉合后，將由軟起動器“正轉”、“反轉”和“停止”按鈕操作。此時，軟起動功能不起作用，電磁起動起作用。

3 工程現場安裝布置方式

新安煤業有限公司3416 材料巷巷道全長為1000 m，軟起配接電機額定功率為132 kW，電壓1140 V，功率因數cosΦ0.85。另外配接5 臺音箱，6 部攝像儀。安裝后測試，電控單元工作正常，數字單元打點通話正常，音箱預警功能正常。攝像儀畫面顯示清晰，人員闖入檢測，停車保護可靠。電控單元與軟起動單元通信可靠，電機電流電壓等主要參數顯示正常。工程組網示意圖如圖5。

圖5 新安煤業公司礦網示意圖

4 結 語

本文以一體化操控臺應用于新安煤業公司為背景進行了相關探討，解析了相關關鍵技術，通過此方式可實現煤礦輔助運輸的控制、通信信號、移動視頻監視的一體化解決方案，解決了設備種類多、設備間對接難度大、故障定位困難等問題。