矿用斜巷常闭式跑车综合防护系统的改进.pdf

科技创新与应用 I 2 0 1 7 年 第1 0 期 工 业 技 术 矿用斜巷常闭式跑车综合防护系统的改进 罗锋 华 席 自强 湖北工业大学， 湖北 武汉 4 3 0 0 6 8 摘要 在煤矿开采施工当中， 煤矿跑车事故是时有发生的， 它几乎占到整个矿井运输提升机电施工事故中的5 0 ％比例， 且依然 处 于上升趋势。为了确保煤矿生产施工安全 ， 文章分析 了基于 P L C控制的矿 用斜巷常闭式跑车综合 防护 系统， 主要对 它的 系统 程序编写与硬件部分设计改进进行了详细阐述 。 ’ 关键词 矿用斜巷常闭式跑车综合防护 系统； 矿 井运输 ； P L C控制 ； 程序设计 在煤矿开采生产过程中，倾斜井巷主要被应用于矿井提升运输系 统 ， 它也是矿井生产最重要的环节部分 ， 直接参与煤炭 、 岩石材料提升 和设备材料下放等施工任务，另外也包括对矿井施工人员的升降送达 任务。 所谓矿井跑车事故多是由于煤矿斜巷在提升过程中， 绞车提拉矿 车由于重力分力作用而造成脱钩现象， 促使矿车沿轨道方向异常运行。 它不但能造成井巷及设备损坏， 也能造成人员伤亡， 后果不堪设想， 必 须对其加以综合防护改善。 1 P L C控制系统的选用 就传统煤矿矿井运输工作而言，它所采用的跑车防护控制装置方 式主要包括继电器控制 、 单片机控制 、 工业计算机控制等等。这些传统 控制方式在实践运用中均暴露出体积偏大、 可靠性不强、 系统设计、 安 装及调试工作量大且复杂， 故障率偏高等问题， 不能完全确保矿井运输 的 l o 0 ％ 综合有效防护 ， 还会为矿井运输及施工带来安全威胁。而就 目 前的众多应用技术来看 ， 基于可编程序控制器原理的 P L C控制系统则 效果更好 ， 它具有无可替代的技术优势 ， 对矿井运输施工恶劣环境也具 有较强的适应 洼， 以下给出 P L C控制系统的基本工作原理。 将 P L C控制系统应用于倾斜井巷跑车体系中， 其关键就是以P L C 控制器为控制核心的矿用跑车综合防护系统构建。它主要是将传感器 分别安装于轨道各处， 希望起到测速与到达的作用 ， 同时将其它传感器 安装于挡车栏配套部件上 ，作为限位传感器来检测挡车栏的实际提升 与下放状态。 在整个控制过程中， P L C则起到结合传感器信号来判断矿 井跑车实际运行状态的作用，并能够基于不同状态而发出各种动作指 令{ 。 2基于 P L C控制系统的矿用斜巷常闭式跑车综合防护系统设计 2 ． 1基本工作原理分析 基于 P L C控制系统来设计跑车综合防护系统，其系统工作流程如 下 首先为系统上电， 保证 P L C控制器能够持续产生 2 4 V直流电， 并将 P L C控制器与所有传感器相连， 确保传感器处于待工状态， 再基于P L C 自动判别功能来将拦车网门下放到位。 当矿车正式下行工作过程 中，首先要将矿车轨道传感器下行穿越 它们的时间信号， 并将信号传递到P L C控制器位置， 看其控制器是否能 完成对矿车速度 的正常判定，如果判定矿车在正常运行速度范 围， 则 P L C会控制电机正转， 并上提拦车网门。拦车网门到位以后， 就要借助 传感器发出上提到位信号， 此时P L C叫停运行电机， 为矿车下行发出下 行信号， 再次放下拦车网门。此时矿车车门会处于常闭状态 ， 并开始下 行。 P L C在矿车下行期间不会控制电机工作 ， 主要利用拦车网门来拦住 矿车以达到保障斜井下方设备与工作人员安全的 目的， 如图 1 。 图 1矿 用斜巷常闭式跑车综合防护 系统示意图 如图1 中的跑车综合防护系统， 其中5 、 7 、 9 位置均为位置传感器， 3 和 8 为限位传感器 ， 1 为绞车， 2为电机 ， 4 为挡车栏。 2 ．2 P L C 控制程序的编写设计 可以将整个斜巷常闭式跑车防护装置视为是一套完整的机械智能 程序 ， 它主要包含了系统 自 检 、 车辆行驶状态判断 、 挡车拦提升及下放 分支环节。因此在设计过程中， 必须对它们进行分段式程序编写描述 ， 然后再组合成为一套完整的具有丰富功能的程序体系 ，以下主要从两 1 28 方面内容来谈。 2 ． 2 ． 1矿车行驶状态判定程序的设计。 一般来说 ， 煤矿倾斜井巷中的 矿车轨道均为单 向车道 ，所以矿车在其中只能保持上行或下行一种状 态。 基于 P L C的控制系统主要通过传感器来触发实时反映 ， 技术人员以 此来判断矿车在矿井中的实时运作状态。 具体来讲 ， 如果矿车正在进行 下行动作， 则 P L C会主动判断它通过传感器的位置与速度， 并决定是否 传递信号启动拦车拦电机， 看是否需要对其实施提升动作。为此， 倾斜 井巷 中会专门设置红绿灯交通管理装置来指示矿车运动状态 ，如果是 红灯， 矿工就会明确矿车正在进行下行运动 ， 直到矿车完全通过挡车栏 被下放到矿井底部后 ， 绿灯才会亮起。 P L C 控制系统在整个操作过程中会设置挡车栏提升信号及下放信 号， 并通过程序体系中的关键导通程序来驱动提升信号， 以判断矿车到 底正处于上行还是下行状态。 考虑到矿车会从两方向来通过挡车栏 ， 所 以 P L C控制系统会命令导通程序来扫描矿车运行周期，确认矿车的实 时状态目 。 2 ． 2 ．2挡车栏的提升与下放信号设计。挡车栏也是基于矿车对 P L C 传感器的触发状态来展开运行操作的，分别存在提升与下放两种动作 状态。一般情况下， 绞车房会设置挡车栏的提升及下放按钮 ， 实现 自动 操作。 但为了防备紧急特殊状况， 则还会设置两个以人工手动控制为主 的挡车栏下放与提升按钮 ，确保实现对挡车栏开闭的实时有效控制。 P L C控制系统专门设置了一个 T Z C P比较指令来实现挡车栏 自动控制 功能。此时如果 Y 0 为 0 n 状态， 电机会正常运转 ， 挡车栏也会正常执行 开门动作， 直到碰到上限传感器为止。而Y 0 在 0 f f 状态时， 挡车栏的打 开作业会 自 动停止。 2 ．3 P L C控制程序的硬件设计 在该跑车综合防护系统中，还应该配合外部电路系统来辅助 P L C 控制， 实现对整个防护系统的进一步保护作用。以电机的正反转为例 ， 可以尝试为其设置一套备用线路。 备用线路主要以三相异步电动机正反转控制为主，围绕它来设计 主电路与集电器控制电路 。这其中主电路主要依靠电气线路强电流通 过来控制 电源开关 、 接触器以及主触头， 再控制热继电器发热元件传输 电流到电动机位置。 另外辅助电路设汁部分则主要包括了控制线路、 信 号线路 、 保护线路与照明。将继电线路与接触器线圈、 触头 、 辅助触头 、 电笛以及其他电器元件组成一体，并通过强电流主电路和弱电流辅助 电路来区别主辅电路，就能形成一套基于 P L C系统控制保护的完整电 机控制电路。 在其他硬件设计方面，主要 围绕煤矿工作环境的特殊性来制定特 定设计要求。例如含有 P L C 控制器的电控箱可以设计为能够承受爆炸 性环境的隔爆兼容本安型电控箱 ， 它主要对 电控箱 的外壳材质及厚度 进行了有效加强 ， 同时调整了电控箱隔爆面的光滑度与结合面的长度 ， 对腔体的净容积 、 安全间隙及密封程度设计也作出了严格规定 。 如此设 计也是为了丰富 P L C控制系统功能 ，做到对跑车综合防护系统安全 I生 及实用性的全面提升。 3结束语 本文基于 P L C控制系统探讨 了当前矿用倾斜井巷常闭式跑车的 综合防护系统改进设计过程，从安全可靠性方面大大提升了防护系统 能效。当然在实践过程中也发现， 系统误动及延迟情况时有发生 ， 这些 都是需要在以后的研究实践中加以修正和再次改造的。 参考文 献 [ 1 ] 杨俊 卿． 矿 用斜 巷 常 闭式 跑车 防护 系统的 改进 ． 南 昌 大 学 ， 2 01 2 3 3 - 4 4． 【 2 1董晓斌．斜巷 自 动防跑车装置的应用 硅谷， 2 0 1 3 1 4 7 0 ， 8 0 ． 作者简介 罗锋华 1 9 7 9 一 ， 男， 江西南昌人 ， 在职研 究生， 工程师， 研 究方向 电气工程、 P L C控制技术； 席自强 1 9 6 0 - ， 男， 湖北武汉人 ， 博 士， 教授， 研究方向 电能质量检测与控制、 太阳能发 电技术。