基于Q系列PLC和CC-Link总线的煤矿井电机车运输监控系统设计.pdf

2 0 1 3年 8月 第 4 1卷 第 l 6期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS Au g ． 2 01 3 Vo 1 ． 41 No ．1 6 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 1 6 ． 0 4 9 基于 Q系列 P L C和 C C L i n k总线的煤矿井电机车运输监控系统设计 黄河 ，曾鹏 ，刘福华 ，李恩田 ，黄光平 1 ．宜宾职业技术学院，四川宜宾 6 4 4 0 0 3 ； 2 ．川煤集团芙蓉杉木树矿业公 司，四川宜宾 6 4 4 5 0 0 摘要针对煤矿井下运输数字化 、信息化、安全性的要求，采用三菱 Q系列 P L C和 C C L i n k现场总线技术，组建煤矿 井单轨电机车运输监控系统，实现了电机车运输的实时监控和自动调度。该系统在某煤矿得到了成功应用，有效避免了井 下电机车运输事故的发生，提高了运输效率。 关键词运输监控系统 ；P L C；单轨电机车；C C Lin k总线 中图分类号 T D 5 2 9 ；T D 7 6 ；T P 2 7 7 ；T P 3 9 9 文献标识码B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 1 61 6 5 4 D e s i g n o f T r a n s p o r t Mo n i t o r i n g S y s t e m f o r T r a m i n C o a l Mi n e We U B a s e d o n Q Se r i e s PLC a n d CC． Li nk Fi e l d Bu s HUANG He ，ZENG P e n g ，L I U F u h ua ， LI En t i a n ， HUANG Gu a n g p i n g 1 ． Y i b i n V o c a t i o n a l T e c h n i c a l C o l l e g e ， Y i b i n S i c h u a n 6 4 4 0 O 3 ，C h i n a ； 2 ． F u r o n g S h a m u s h u Mi n i n g C o m p a n y ，S i c h u a n C o a l G r o u p ， Y i b i n S i c h u a n 6 4 4 5 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f d i r t M，i n f o r m a t i o n a n d s a f e t y r e q u i r e m e n t s f o r c o a l mi n e u n d e r g r o u n d t r ans p o r t ，b y u s i n g Q s e ri e s P L C an d CC - L i n k fi e l d b u s ，t r a n s p o rt mo n i t o ri n g s y s t e m wa s e s t a b l i s h e d f o r mo n o r ml l o c o mo t i v e i n c o al mi n e ，w h i c h h e l p e d t o r e ali z e r e al t i me mo n i t o rin g an d a u t o ma ti c s c h e d u l i n g for t h e t r a m tr an s p o r t ．T h i s s y s t e m h a s b e e n s u c c e s s f u l l y a p p l i e d t o a c o al mi n e ．T r a ffi c a c c i d e n t s i n c o a l mi n e w e l l a y e e ff e c t i v e l y a v o i d e d a n d t r a n s p o r t a t i o n e ffi c i e n c y i s i mp r o v e d ． Ke y wo r d s T r an s p o rt mo n i t o ri n g s y s t e m ；P L C；Mo n o r a i l l o c o mo ti v e ；C C L i n k fi e l d b u s 目前 ，我国绝大多数煤矿井的辅助运输仍然采用 轨道运输。煤矿井电机车运输是煤炭生产环节的重要 组成部分，它贯穿了矿井的各个生产环节，具有战线 长 、涉及面广 、特殊工种 多、技术性 强的特点 。电 机车运输设备状况好坏直接关系到煤矿生产的安全。 近年来 ，我国煤矿安全形势非常严峻，不断发生煤矿 安全事故。全国煤矿重大事故的调查分析显示 机车 运输事故占总事故数的2 0 ％ ～ 4 0 ％ - 3 ] 。因此 ，如何 实现煤矿井电机车运输设备的远程监控 ，在保障电机 车运输安全的基础上，提高电机车运输的效率和煤矿 生产的安全管理水平 ，已经成为煤矿企业关注的热 点 。 随着 电气控制和计算机技术的发展，矿井轨道运 输监控系统已经从最初的继电器控制、单片机控制、 工 控微机发展 成 以 P L C技 术 和现 场总 线技 术 为核 心 的集散控制系统 。某煤矿是西南唯一的综合 自动 化矿井 ，实现了皮带集控、压风机监控 、井下电网监 控及数字化协同办公等 ，但其轨道运输及生产调度仍 然靠人工操作 ，机车运行安全性及运输效率较低 ，急 需通过对 电机车运输的远程监控及 自动调度 ，并与现 有的其他监控系统对接 ，从而实现井下作业的全数字 化、信息化管理。 1 运输监控 系统总体设计 1 ． 1 系统功 能 煤矿井下电机车担负着运输煤炭、工具设备、上 下班矿工等任务 ，对电机车进行有效的管理 ，避免撞 车、脱轨等安全事故 ，对提高煤矿的安全性和生产效 率具有十分重要的意义。通过现场调研及需求分析， 确定监控系统具有以下功能 正常运行监控及调度 、 非正常运行监控 闯红灯 、追尾、竞争、故 障、手 动封锁等 、单轨区进 出车提示 声音 、信号灯 、 电机车直流动力支路的供断电控制、车辆计数、数据 显示及记录 各区段内车辆数 目显示 、进出车记录、 闯红灯记录、故障车记录等 、日志查询等。实现方 式包含自动控制和手动控制。自动控制为正常工作模 式；手动控制属于特殊工作模式，如单轨区的两端封 锁 、解除报警 、信号灯系统 的初始化等 。 1 ． 2 系统组成 C C L i n k 是一种开放式的现场总线，它以设备层 为主，可同时覆盖较高层次的控制层和较低层次的传 感层。C C L i n k提供循环传输 广播 一轮询和瞬时 收稿日期2 0 1 2 0 7 0 1 作者简介黄河 1 9 7 9 一 ，男，硕士，副教授，研究方向为智能控制与计算机协同监控。E m a i l s c h h v i p ． q q ． c o m。 1 6 6 机床与液压 第4 1 卷 传输 2 种通信方式 ，其传输速率高达 1 0 M b ／ s ，具有 性能卓越、使用简单 、应用广泛、节省成本等优点； 不仅解决了工业现场配线复杂的问题 ，同时具有优异 的抗噪性能和兼容性 ，尤其适用于一些控制点分散、 安装范 围狭窄 的现场 。 Q系列 P L C是三菱公司在原 A系列 P L C基础上 发展过来的中、大型 P L C系列产品，是三菱公司现 有 P L C产品中性能最高的 P L C，具有更强的 C C L i n k 网络功 能。 因此采用 三菱 Q系 列 P L C与 C C ． L i n k总 线组 建 煤矿井 电机 车运 输监 控 系统 ，可 以充 分发 挥 P L C与 现场总线 的技术优势 ，节省 系统开发成本 。该系统 由 设备层 、控制层和信息层组成 ，其结构框图如图 1 所 示 。 图 1 监控系统结构框图 设备层是处于生产现场最底层的智能信息处理单 元。以信号灯、电机车动力支路等为控制对象 ，以电 机车位置信号、运煤指令等为现场信号，经 P L C处 理后作为系统下一步动作的依据。现场设备通过专用 双绞线电缆与远程 I ／ O模块连接。 控制层主要由C C L i n k现场总线控制网络及其网 络交换设备组成 ，是连接设备层与信息层 的纽带。 P L C是控制层的核心，根据实际需要设置若干 P L C 控制分站，P L C通过 C C L i n k现场总线及通信模块与 远程 I ／ O连接，因通信距离超过 1 ． 2 k m，必须增加 中继器来延长通信距离。 信息层由上位监控计算机组成，通过组态软件、 网络中继 、以太网和 C C ． L i n k总线 ，访问 和控制 井下 设备。监控主机接收 P L C各控制分站传输来的实时 信息，实现对各分站电机车的调度；监控主机通过 工业 以太 网与各 管理部 门工作 站进 行 通讯 ，从 而实 现全数字化、信息化管理。为保证可靠性，设置 2 台监控主机 ，其功能相同，轮流工作 ，安装在运输 调度室。监控主机采用研祥工控机，并配置 U P S不 间断 电源 。 2 运输监控 系统的硬件设计 2 ． 1 电机 车 的位置 检 测 位置检测一般有电磁感应和光电检测两种方法。 考虑到井下坑道内环境恶劣、湿度大、有金属粉尘及 其他 电器 设 备，容 易 产 生 电 磁 干扰 ， ． 因 此 采 用 Q 8 5 V R 3 D L T 9直反式光 电开关。其检测方法如图 2 所示。光电开关安装在单轨区及道岔的进出口处、信 号灯前。 1 6 8 机床与液压 第4 l 卷 据现有 电机车的闲置情况及所在位置 ，发 出电机车调 度指令。电机车调度算法采用中断优先技术和看门狗 技术实现电机车优化调度。C C L i n k网络通过轮询的 方式扫描记录各采煤点对电机车的需求，并按照时间 先后顺序设置优先级别 ，程序流程图如图5 所示。 进路解锁 二二E 采集现场请求 并设 置优 先级 别 二二[ 记录各机车位置 及空闲状态 兰 庖 N 路径计算 l 选取最近电机车l 启动看门狗计时l 二二[二 进路闭锁 l Y- 图5 电机车调度控制流程 3 ． 3 P L C控制程序设计 采用三菱 G X ． Wo r k s 2 P L C综合编程软件完成 P L C 应用程序编制及 C C - L i n k网络参数设置 ，由于篇幅问 题 ，这里不再赘述 。 4结论 利用 C C L i n k现场总线技术将煤矿井下分散的现 场设备互联成现场控制网络，通过三菱 P L C实现现 场信号的采集 、主机与现场设备的通信 ，开发了上位 机监控软件 ，实现了对井下电机车运输状况的实时监 控和自动调度。该系统在某煤矿得到了成功应用，提 高 了运输效率 。在实际应用 中，由于井下道岔情况和 电机车运行情况更加复杂，预设的电机车调度算法还 有待改进，可采用模糊控制算法 或 Z i g B e e 技术 进一 步优化 。 参考文献 【 1 】 葛广品． 浅谈煤矿井下运输事故原因与防范[ J ] ． 中小 企业管理与科技 ， 2 0 0 9 ， 2 8 1 O 2 7 7 2 7 7 ． 【 2 】 赵传军 ， 朱法义， 王强． 煤矿机电运输事故多发的原因分 析及控制对策[ J ] ． 山东煤炭科技 ， 2 0 1 0 2 2 0 5 2 0 7 ． 【 3 】 黄汉成． 如何预 防煤矿机电事故发生 [ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 8 1 1 2 1 6 2 1 8 ． 【 4 】 贾世胜． 基于 P L C和单片机的矿井轨道运输监控系统 设计[ J ] ． 中国矿业 ， 2 0 0 8 6 1 0 51 0 7 ． 【 5 】 谢新颖 ， 魏镜锼， 王庭有． 基于 C C L i n k 现场总线的金属 矿山运输监控系统 [ J ] ． 有色金属 矿 山部分 ， 2 0 1 0 4 5 3 5 5 ． 【 6 】 罗志勇， 罗萍， 周丽芳． 三菱 F X ／ Q系列 P L C工程实例详 解[ M] ． 北京 人民邮电出版社 ， 2 0 1 2 ． 【 7 】白兰， 周警卫， 徐耀松． 煤矿电机车计算机模糊控制系统 [ J ] ． 辽宁工程技术大学学报， 2 0 0 3 ， 2 4 2 4 0 2 4 2 ． 【 8 】 李慧宗， 葛斌， 王向前． Z i g b e e 技术在矿井安全监控系统 中的应用[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 1 1 5 2 0 6208 ． 上接第 1 5 7页 系统的工作过程如下 1 接近传感器接收接触网导线就位信号后发 出开关量信号，经光电隔离后送入单片机； 2 单片机收到信号后发出连续脉冲信号 ，通 过光 电隔离后送入步进 电机驱动器 ，驱动步进电机按 预置程序旋转规定角度 ； 3 在步进 电机旋转过程 中，差动变压器检测 接触网导线的磨损情况并产生对应的模拟信号 ，此模 拟信号经过功率放大之后 ，通过 A ／ D转换器转换为 数字信号送入单片机 ； 4 单片机对数字信号进行处理，一方面记录 数据，另一方面将信息通过 8 2 7 9显示在 L E D显示器 上，供操作人员读取； 5 步进电机旋转满 3 6 0 。 后，单片机控制 电机 停转，完成一次检测。 2 结束语 该检测仪减轻了操作人员的劳动强度，提高了系 统的可靠性，并有助于降低企业的生产和管理成本。 经过生产一线工人的试用 ，一致反映良好 ，具备很高 的实用和推广价值。 参考文献 【 1 】 J I A S G ， L I U P ， R E N F Z ， e t a 1 ． S l i d i n g We a r B e h a v i o r o f C o p p e r Al l o y Co n t a c t W i r e a g a i n s t Co p p e r B a s e d S t r i p f o r H i g h s p e e d E l e c t r i fi e d R a i l w a y s [ J ] ． We ar， 2 O 0 7 ， 2 6 2 7 7 2 7 7 7． 【 2 】 B o r a H o B IO B ， 胥金荣． 电力机车供 电接触导线磨损预 报[ J ] ． 国外机车车辆工艺， 2 0 0 7 1 3 3 3 4 ． 【 3 】张韬． 基于图像处理的接触 网检测系统的研究与改进 [ J ] ． 铁道机车车辆， 2 0 0 9 1 6 8 7 1 ． 【 4 】 青莉 ， 高晓蓉． 线阵 C C D技术在接触网磨损检测中的应 用[ J ] ． 机车车辆工艺， 2 0 0 5 4 3 0 3 2 ． 【 5 】 万文腾． 接触网检测定位方法探讨 [ J ] ． 铁道机车车辆， 2 0 0 7 5 7 0 ． 【 6 】曾明华 ， 楼新远， 王春浩， 等． 用射线法 自动检测接触网 导线的磨损[ J ] ． 电气化铁道， 1 9 9 7 2 4 4 4 5 ．