基于PLC控制的柔性防跑车装置设计.pdf

2 0 1 3 年第 3 期 中州煤炭 总第2 0 7期 基于 P L C控制的柔性防跑车装置设计 张 跃铮 ， 王鹏 河南理工大 学 能 源科 学与工程学院 ， 河南 焦作4 5 4 0 0 0 摘要 针对斜巷运输 的特 点， 设计 了一种基于 S i e me n s s 7 2 0 0 P L C控制 的柔性 防跑 车装置。根据 传感机构 传 回的信息 ， 通过 P L C处理 后发 出指 令 来控 制挡 车栏 的打开 与 闭合。该装 置 实现 了 自动 化控 制 以及 柔性 拦 车， 防止 了跑 车事故的发生 ， 消除 了安全隐患。 关键 词 斜巷运 输； 防跑 车装 置； 可编程控制器 ； 自动控制 ； 柔性挡车 中图分类号 T D 5 2 4 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 3 0 3 0 0 1 6 0 2 De s i g n o f Fl e x i b l y An t i - s l i di ng I ns t a l l a t i o n f o r Tr a m Ca r Ba s e d o n PLC Co nt r o l l e d Zh a n g Yu e z h e ng， W a ng Pe ng S c h o o l o f E n e r g y S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， H e n a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y ， J i a o z u o 4 5 4 0 0 0 ， C h i n a Abs t r a c t Ac c o r d i n g t o t he c ha r a c t e r i s t i c s o f t he i nc l i ne d t r a n s po r t a t i o n， a ki n d o f fle xi b l y a n t i s l i d i n g i n s t a l l a t i o n f o r t r a m c a r was de s i g ne d ba s e d o n S i e me n s S 7 2 00 PLC c o n t r o l l e d t o a v o i d t r a m c a r a c c i de n t i n t h e i n c l i n e r o a d wa y． Fi r s t l y． t h e i n for ma t i o n i s t r a ns f e r r e d b y s e n s i n g s t r uc t ur e， t he n， t he i n f o r mat i o n i s t r e a t e d b y PLC， a n d t h e d e v i c e c a n s e nd o u t c o mma n d s i g n a l S t o c o n t r o l t h e o p e ni n g o r c l o s i n g o f a r r e s t e r c a t c h． Th i s de v i c e c a n r e a c h t he a u t o ma t i c c o n t r o l a n d fle x i bl e c a r s t o pp e r ， p r e v e n t t he o e e u r r e n e e o f t r a m c a r a c c i - d e n t， a n d e l i mi na t e t h e s e c ur i t y r i s k ． Ke y wo r ds i nc l i n e d t r a n s p o r t a t i o n； a n t i s l i d i n g i n s t a l l a t i o n for t r a m c a r； p l c； a u t o ma t i c c o n t r o l ； fle xi b l e e a r s t o p p e r 斜 巷运 输 是矿 井运 输 中的重 要 环节 。但 由于断 绳 、 脱钩、 断链以及一些人为误操作的原因 ， 跑车事 故 时有 发 生 。一旦 发 生 跑 车 事 故 ， 矿 车 将 在 重 力 的 作用下加速下滑并携带 巨大 的能量 ， 能够撞毁矿用 设施 ， 同时对矿工的生命安全构成极大威胁 。因此 ， 斜巷跑车一直是困扰煤矿安全生产的棘手问题 。 。 为有 效 防止跑 车 事故 发 生 ， 井 下斜 巷 安 设 了各 种 各 样 的防跑 车装 置 。这些 装 置 中 ， 有些 依 靠 机械 撞 击 控制 ， 有些是人工控制 ， 均存在可靠性不高 、 适应性 差 等 缺 点 。 为 此 ， 设 计 了 一 种 基 于 S i e me n s S 7 ． 2 0 0 系列 P L C控 制 的柔 性 防跑 车装 置 。 1 防跑 车装 置组成及其作 用 该防跑车装置 由传感系统 、 控制系统 、 挡 车栏 、 声光报警系统 4部分组成 。其 中， 传感系统负责信 号的收集 ， 控制系统 负责对信息进行处理判断并 向 收稿 日期 2 0 1 21 20 5 作者简 介张跃铮 1 9 8 8 一 ， 男 ， 山西晋城 人 ， 河南 理工大 学在读 硕 士研究生 。 l 6 挡车 栏及 声光 报警 系统 发 出相 应指 令 。该装 置具 有 结构简单 、 操作简便 、 安全可靠 、 灵敏度 高等优点。 其硬 件组 成结 构 如 图 1所 示 。 图 1 系统 硬 件 组 成 结 构 示 意 1 ． 1传 感 系统 传 感 系统 主要完 成 矿车 运行 过程 中各 信 号 的采 集 ， 并将矿车运行的位置 、 接近挡车栏时的速度及挡 车栏所处位置等信息传输至控制系统 ， 以便控制系 统及时做 出处 理判断。主要 由行程 开关及挡 车栏 上 、 下 限位 开关 组 成 。在靠 近挡 车栏 的上 部 适 当位 置布 置 2个 K H X- 0 ． 5 ／ 2 4型 行 程 开 关 ， 二 者 的 间 距 为 ， 当矿车通过第 1 个行程开关时 ， P L C系统开始 计时 ， 通过第 2个 时计 时完毕。若设定矿车 的正常 运行 速度 为 V ， 则 通 过 2个 行 程 开 关 所需 时 间 t ／ 。在实际运行过程中， 系统通过检测矿车通过 2个 2 0 1 3年第 3期 张 跃铮 ， 等 基 于 P L C 控 制的柔 性 防跑 车装 置设计 总第 2 0 7期 行 程开 关 的时 间 间隔 t ， 确 定 其 是 否超 过 预 设 速 度 。 防跑车装置打开或下放挡车栏时间需根据矿车运行 位 置 来 确 定 ， 因 此 ， 在 挡 车 栏 两 侧 也 安 设 有 2个 K H X - 0 ． 5 ／ 2 4型行程开关。另外， 为确定挡车栏的转 动范围， 在挡车栏转动轴两侧安设 2个 K H X- 0 ． 5 ／ 2 4 型限位开关。传感系统为 P L C控制系统采集信息 ， 与控制系统的输入端相连 ， 具体为 将获得矿车运行 位置信息 、 速度参数的行程 开关 以及挡车栏转动范 围的限位开关与 P L C的输入端相连； 将挡 车栏提升 机和声光报警系统与 P L C的输出端相连。 1 ． 2控 制 系统 控制 系统 P L C控制 柜 是 防跑 车装 置 的核 心 。 防跑 车装 置 采 用 S 7 ． 2 0 0系 列 可 编 程 控 制 器 ， 选 用 C P U 2 2 4型 P L C， 其集成 了 1 4输入／ 1 0输 出共 2 4个 数字量 I ／ 0点 ， 可连接 7个扩展模块 ， 拥有 6个独立 的高速计数器 ， 完全满足该 系统要求。控制系统通 过接收各行程开关反馈的矿车运行信息并对其作出 处 理 、 判 断 ， 根 据 处 理结 果 发 出 相应 指 令 。具 体 为 根据检测到矿车通过 2个行程开关 S Q 1 、 S Q 2 图 2 的 时 间间隔 与 预设 时 间 t 进 行 比较 ， 以判 断 矿 车 是 否超 速 ， 进 而发 出相应 的指令 。 图 2 防跑车装置布置示 意 1 ． 3挡车 栏 挡车栏是 当发生跑车事故时对矿车进行有效拦 截的一种装置 ， 其栏框由工字钢制成 ， 在 2根工字钢 之间安设数根高强度弹簧 ， 处于常闭状态 。挡 车栏 的启闭即挡车栏提升机何时动作取决于矿车运行的 位置 ， 而挡车栏提升机 的动作何时停止取决 于挡 车 栏是否运行到位 。当矿车正常运行且触碰到控制挡 车栏上提的行程开关 时 ， 向 P L C传 回信号 ， 控制系 统发出指令 ， 使挡 车栏提升机启动 ， 挡车栏打开 ， 矿 车通过后关闭。当矿车发生跑 车事故 即超 速运行 时 ， 控制系统 向挡车栏提升机发 出不动作 的指令 ， 挡 车栏常闭， 跑车的矿车将作用于高强度弹簧 ， 弹簧吸 收大量能量 ， 将矿车的动能转化为弹性能 ， 从 而使挡 车栏对矿车进行有效柔性拦截 ， 避免了刚性撞击 ， 既 保护 了矿车 ， 又保护了挡车栏 。 1 ． 4声光 报警 系统 声光报警系统是当矿车运行过程中出现异常状 况时向绞车司机及附近人员发 出预警信号的一种装 置。当系统的各部分 出现异常情况 ， 如矿车正常运 行至预设定位置但挡车栏未动作或者发生跑车事故 时 ， 则 声光 报警 系 统启 动 ， 提 醒绞 车 司 机 尽 快停 车 ， 防止 因误动 作造 成损 失 。 2 防跑车装置工作原理 该柔性 防跑车装 置采 用 S i e m e n s s 7 ． 2 0 0系列 P L C控制 ， 根据从传感机构采集到的信号 ， 通过控制 系统处理后发 出相应 指令 。采用 P L C防爆箱和提 升绞车互锁联动的方案 ， 即绞车通 电， 该装置就通 电 工作 ， 同 时 ， 巷 道 红 灯 亮 ， 禁 止 行 人 通过 ； 绞 车断 电 ， 该装置就断电停止工作 。具体为 装置通电后 ， P L C 系统 将 开始 自检 ， 判 断挡 车栏 是 否 下放 到位 以及 各 部件是否处于正常工作状态。如果挡车栏没有下放 到位 ， 控制系统将 发 出指令 ， 使挡车栏 自动下放到 位 。当矿 车下 行通 过行 程 开关 S Q 1 、 S Q 2后 ， 控 制 系 统会根据矿车经过行程开关时的记录得 出在此之间 的运 行时 间 ， 与 预设 时 间 t 相 比 ， 若记 录的 运行 时 间 大于或等于 t ， 说明未超过预设速度 ， 即矿车正常运 行 ； 若记录的运行时间小于 t ， 说明矿车超过预设速 度 。 1 若控制 系统记 录的运行时 间大于或等于 t 时 ， 矿 车碰 触到行 程 开关 S Q 3 ， P L C控 制 系 统将 会 向 挡 车栏 提升 机发 出上 提挡 车栏 的指 令 ， 挡 车栏 提升 机正转 ， 带动挡车栏上提。当挡车栏上提触碰到限 位开关 S Q 5时， 会向 P L C传 回信号 ， 控制系统会 向 挡车栏提升机发 出停止工作 的指令 ， 停止上提挡 车 栏。矿车继续下行 ， 当运行的矿车碰触到行程开关 S Q 4时 ， 限位开关会 向 P L C传 回信号 ， 控 制系统将 会向挡车栏提升机发 出下放挡车栏 的指令 ， 挡车栏 提升机反转 ， 开始下放挡车栏。当挡车栏下放触碰 到限位开关 S Q 6时 ， 控制系统会 向挡车栏提升机发 出停止工作的指令 ， 停止下放挡车栏。 2 若控制系统记录的运行时间小于 t ， 即矿车 非正常运行时 ， 控制系统将会 向挡车栏提升机发出 不动作的指令 ， 使挡车栏处于常闭状态 ， 能够对矿车 进行有效拦截 。同时声光 下转第 4 2页 】 7 2 0 1 3年第 3 期 中州煤炭 总第2 0 7 期 外巷 道淋 水稍 有 增 加 ， 防 水 闸 门 硐 室 与硐 室 外 巷 道 完好 ， 无压力显现 ， 漏水量稳定 ， 稳压时 间满 足 煤 矿安 全 规程 规定 的稳 压 2 4 h以上 。 4 日常维护 1 防水 闸门应由厂家技术人员负责维修和定 期检查 。有 防锈涂料脱落或碰掉时均应及时补涂 ， 门扇锈蚀深度达 1 m m时， 必须更换门体。 2 密封橡胶条如有损伤或脱胶应及时更换或 进 行粘 接 ， 密 封条 的更 换期 为 2 a 左 右 。 3 门枢 转 动 部 分 如 有 锈 蚀 应 擦 洗 干 净 ， 并 重 新涂 油 。 4 防水 闸门应备 齐拉 紧装置 ， 门扇下部 的拉 紧螺 杆平 时 应用 铁丝 向上 吊挂 ， 以利 于关 门 。 5 煤矿安全规程 规定 ， 每年进行 不少于 2 次的关闭试验 ； 如有 碰、 卡和关 门不严 的现象 ， 必须 及 时处 理 。 6 控 制部分 的设备 需定 期检查 液压 油 的质 量 、 电线 是 否老 化 、 油管 是否 破裂 和堵 塞 以及 油缸 的 工作 杆有 无 碰撞 。 5 结 语 1 设计论证、 施工及试压结果表明 ， 该大断面 型号的防水闸门硐室工程设计合理 ， 取得了预期的 效果 ， 为以后大断面防水 闸门的设计积累了经验。 2 该 设 施 的建 造 ， 实 现 了采 区 的分 区 隔 离 开 采 ， 提高 了矿 井 的抗 灾 能力 ， 为 矿井 安全 生产 奠定 了 良好 的基 础 。 参 考文 献 [ 1 ] 袁 亮， 葛世荣 ， 黄盛初． 煤 矿总工 程师技 术手 册 [ M] ． 北京 煤 炭工业 出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 2 ] 张荣立 ， 何 国纬 ， 李铎 ， 等 ． 采 矿工程设计手册 [ M] ． 北 京 煤炭 工业出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 3 ] 杨永强． 高压 防水 闸门硐 室设 计及施 工技 术 [ J ] ． 河 北煤 炭 ， 2 0 1 0 3 3 9 41 ． [ 4] 胡景栋 ， 葛惠民． 大型防水闸门硐室创新设计 [ J ] ． 山东煤炭科 技 ， 2 0 1 1 5 2 5 2 2 5 3 ． 责任编 辑 秦 爱新 上接 第 1 7页 报 警 系统 启 动 ， 提 醒 绞 车 司 机 和 斜 巷下 部 人 员 立 即 采 取 防护 措 施 ， 避 免 事 故 发 生 。 装 置 工作 流程 如 图 3所 示 。 图 3 防跑车装置工作控 制流程 当矿车上行时 ， 提升绞车逆时针旋转 ， 当运行 的 矿车触碰到行程开关 S Q 4时会向 P L C传 回信号 ， 此 时控制系统将会向挡车栏提升机发出上提挡车栏 的 指令。当上提到位后 ， 控制系统会发 出使挡车栏提 升机停止工作 的指令 ， 停止上提挡车栏。矿 车继续 42 上行 ， 当运 行 的 矿 车 触 碰 到行 程 开 关 S Q 3时 ， 控 制 系统会再次 向挡车栏提升机发 出下放挡车栏 的指 令。当下放到位后 ， 控制系统会 向挡 车栏提升机发 出停止工作的指令 ， 停止下放挡车栏 。 在矿车运行过程中 ， 如果系统任一部件出现故 障或检测到矿车超速运行 ， 则声光报警系统启动 ， 发 出声光报警信号， 同时相应指示灯亮。提升绞车 司 机应采取措施 ， 使矿车停止运行 ， 确保行车安全 。 3 结 语 防跑 车 装 置 是 斜 巷 运 输 中 必 不 可 少 的安 全 设 施 。该 柔性 防跑 车装 置 采 用 P L C控 制 ， 使 系统 动作 更 精确 ， 灵 敏度 更 高 ， 实 现 了 自动 化控 制 ； 采 用柔 性 拦 车 ， 避免 了刚性 撞 击 ， 保 护 了矿 车 和 挡 车器 ； 应 用 该装置大大提高了斜巷运输的安全性 、 可靠性 ， 消除 了安全隐患 ， 确保了行车安全。 参考 文献 [ 1 ] 任 国华 ， 肖春艳 ， 许鹏 ， 等． 基于 P L C控制 的矿井斜 巷防跑车 自 动保护 系统 的设计 [ J ] ． 煤矿安全 ， 2 0 1 1 ， 4 2 8 9 2 9 4 ． [ 2 ] 师杰． 防跑 车装 置在矿 井斜巷提 升 中的应 用 [ J ] ． 中国高新 技 术企业 ， 2 0 1 1 1 1 7 3 7 4 ． 『 3 1 赵松 山． P L C控制技术 在斜井 跑车 防护装 置中的 应用 『 J ] ． 中 州煤炭， 2 0 0 8 6 6 1 _ 6 2 ． 责任 编辑 许 久峰