PLC控制在礦井提升機打點信號系統(tǒng)中的應用

李亞韞

（山西職業(yè)技術學院 電氣工程與自動化系，山西 太原 030006）

早期礦井提升機打點信號系統(tǒng)控制以集成電路或單片機居多，與PLC可編程控制器相比，前者維護、使用比較復雜，故障率較高，性能不穩(wěn)定，容易發(fā)生誤動作。本系統(tǒng)以PLC控制器為核心，采用LED屏同步模擬顯示，可進行現(xiàn)場編程，很容易解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種問題[1]，誤動作率低，操作簡單，極大的提高了系統(tǒng)的適應性。

1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)控制主要分為3大部分：絞車房、上井口、下井口。三部分控制器均采用三菱公司FX2N系列PLC[2]。

1.1 主要部分基本配置

1)絞車房

絞車房基本配置：48點晶體管型PLC、繼電器擴展模塊、控制按鈕、語音通訊模塊、報警電路、LED點陣顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊、普通電源等。

2)上井口

上井口車場基本配置：32點繼電器型PLC、語音通訊模塊、控制按鈕、報警電路、LED點陣顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊、防爆型電源等。

下井口車場基本配置：32點繼電器型PLC、語音通訊模塊、控制按鈕、報警電路、LED點陣顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊、防爆型電源等

1.2 PLC之間的通訊

1)3 個PLC之間的信息交流都是通過MODBUS 485通訊方式來完成。例如井底發(fā)出開車信號后，通過485通訊先由井口接收到，井口確認井底信號后，發(fā)出與井底相同信號，在確認兩個信號相同后，才能通過485通訊將開車信號送到車房。停車、急停、檢修、水平信號都可以直接發(fā)往絞車房。

2)通訊電纜可選用5芯阻燃式鎧裝控制電纜

圖1 PLC之間的通訊Fig. 1 The communication between PLC

1.3 打點信號數(shù)碼管顯示模塊

絞車房、上下井口車場打點信號數(shù)字顯示均采用74LS247驅(qū)動共陽極數(shù)碼管。大小分別為車房內(nèi)為5寸數(shù)碼管、上下井口車場內(nèi)為3寸數(shù)碼管。打點信號數(shù)碼管顯示電路如圖2所示：其中1號數(shù)碼管點亮時發(fā)紅光用于顯示當前打點信號；2號數(shù)碼管點亮時發(fā)藍光用于顯示存儲提升打點信號。

圖2 打點信號數(shù)碼管顯示模塊Fig. 2 Hoist signal digital tube display module

1.4 語音通訊模塊

模塊中送話器采用雙線駐極體話筒；喇叭采用型號為YH5-8A筒揚聲器；打點音響頻率為1 000 Hz左右。語音通訊模塊模擬圖如圖3所示。

圖3 語音通訊模塊Fig. 3 Speech communication module

2 系統(tǒng)功能

2.1 絞車房顯示功能

1)提升打點信號數(shù)碼顯示：1點—停車、2點—快上、3點—快下、4點—慢上、5點—慢下；

2)提升類別漢字顯示：“檢”、“急”、 “快上”、“快下”、“慢上”、“慢下” 、 “一水平”、“二水平”；

本文利用數(shù)據(jù)包絡分析法（DEA）理論框架中較為前沿的Epsilon-Based Measure（EBM）模型對中國工業(yè)行業(yè)的低碳全要素生產(chǎn)率進行評價。該模型是對傳統(tǒng)DEA理論的重大突破，吸收了徑向模型（CCR、BCC等）和非徑向模型（以SBM模型為代表）的優(yōu)點，在決策單元相對效率的評價上更具優(yōu)勢，評價結果更為客觀可靠［20-21］。還參考雷明等的做法，引入動態(tài)要素，構建動態(tài)EBM-MI指數(shù)模型對中國工業(yè)行業(yè)的低碳全要素生產(chǎn)率進行測算［22］，分別從縱向時間序列和橫向行業(yè)角度對測算結果進行分析，并據(jù)此提出相應的政策建議。

3)提升信號調(diào)用顯示功能：能對最近10次提升信號進行存儲并循環(huán)調(diào)用顯示；

4)顯示信號回路接通功能。

2.2 上、下井口車場顯示功能

1)提升類別漢字顯示：“檢”、“急”、 “快上”、“快下” 、“慢上”、“慢下” 、 “一水平”、“二水平”；

2)下井口發(fā)來的提升信號的數(shù)碼顯示；

3)本位發(fā)出的提升信號數(shù)碼顯示。

2.3 絞車房控制功能

1)無論是上井口還是下井口發(fā)出的“急停”信號，直接送車房顯示“急”[3]。且有喇叭長鳴報警，同時閉鎖其它信號；

2)無論是上井口還是下井口發(fā)出的“停車”信號，直接送到車房顯示“1”且有喇叭一聲響；

3)無論是上井口還是下井口發(fā)出的“檢修”信號，直接送到車房顯示“檢”，閉鎖其它信號；。

4)由上井口車場發(fā)出“一水平”、“二水平”信號后，在車房內(nèi)顯示“一水平”、“二水平”；

5)必須在上井口與下井口車場發(fā)出相同的打點信號時才能顯示在車房控制箱上，并伴有相應數(shù)字音響，否則無輸出信號；

6)若打點信號“2、3、4、5”未送到車房，絞車房不能開車（車房有一個繼電器串入安全回路）。

2.4 上、下井口車場控制功能

1)上井口車場PLC負責與下井口車場和車房信號聯(lián)絡[4]。當井底做好開車準備時，下井口發(fā)出開車信號輸送到上井口，告之已具備開車條件。同時也送入到絞車房，參與車房信號邏輯控制；當然上井口也可向下井口發(fā)出詢問信號進行要“點”，說明井口可以準備開車；

2)下井口車場發(fā)出的打點信號在上井口車場顯示，且上、下井口車場發(fā)出的打點信號相同時才能輸出到絞車房；

3)“急停、停車、檢修”按鈕按下時全線都顯示；

4)上井口發(fā)出水平信號，各個水平信號之間相互互鎖，如：“一水平信號”發(fā)出后只能執(zhí)行 “一水平”信號的控制，全線顯示“一水平”。

2.5 閉鎖功能

1)信號與絞車控制回路閉鎖：只有絞車房接到上井口發(fā)來的提升信號，絞車房可開車；

2)信號與安全回路閉鎖：當絞車房收到上、下井口信號發(fā)來的“急停”信號，絞車安全回路跳閘；

3)信號有轉(zhuǎn)發(fā)閉鎖：上井口只有受到下井口發(fā)來的信號時，才能向車房發(fā)出信號，并只能轉(zhuǎn)發(fā)與下井口相同的信號[5]；

4)開車信號閉鎖：當發(fā)出信號后，只有清除當前信號后，才能發(fā)出其它信號；

5)上、下井口車場發(fā)出的“停車”信號可直接發(fā)往絞車房，不受信號本身閉鎖的限制；

6)上、下井口車場發(fā)出的“急停”信號可直接發(fā)往絞車房，不受其他任何信號的限制；

7)上、下井口車場發(fā)出“急停”信號后，其它信號均不能再發(fā)出，包括開車信號和檢修信號；

8)檢修信號發(fā)出后，開車信號不能發(fā)出；

9)在語音通訊功能中，下井口只對上井口，上井口既與下井口也可與車房進行通訊，但車房只可與上井口進行通訊。

3 結束語

系統(tǒng)中上、下井口車場、絞車房控制器采用三菱公司的FX2N系列 PLC，它們之間運用MODBUS 485通訊方式，大大提高了信號的傳輸距離，符合井下通訊需要。而且通訊電纜選用5芯阻燃式鎧裝控制電纜，簡化了PLC的外圍電路，減小了故障點，降低維護難度，同時也節(jié)約成本。提升機打點信號顯示采用數(shù)字及漢字同步顯示，這方便工作人員進行判斷信號，避免因疏忽造成誤動作。同時打點信號顯示中還增加了存儲功能，工作人員可以調(diào)用顯示最近10次的信號操作，便于故障查詢?？傊?，本系統(tǒng)設計具有強大的信號控制和閉鎖功能，滿足礦井提升機工作系統(tǒng)的安全需要。系統(tǒng)試用以來結果表明：系統(tǒng)運行可靠、性能穩(wěn)定，為煤礦安全生產(chǎn)奠定了堅實的基礎[6]。同時在運行中發(fā)現(xiàn)，礦井提升機工作系統(tǒng)還存在一個重要數(shù)據(jù)——提升機提升鉤數(shù)，它是反映礦井中工作人員單班提升量的重要數(shù)據(jù)。為了更科學的適應礦井生產(chǎn)，今后打點信號顯示中可以增加提升鉤數(shù)顯示功能。

[1] 劉海東，周獻忠.礦井提升信號系統(tǒng)的PLC控制[J].煤炭技術,2008(10):39—40.LIU Hai-dong, ZHOU Xian-zhong .Mine hoist signaling system’s PLC control[J].Coal Technology,2008(10):39-40.

[2] 陳榮,張開如.三菱FX-2N系列LPC在副井提升機信號系統(tǒng)中的應用[J].工礦自動化,2005(2):56-57.CHEN Rong, ZHANG Kai-ru. Application of the FX-2N PLC in signal system of auxiliary shaft hoist[J].Industy and Mine Automation,2005(2):56-57.

[3] 梁冠英,張純江.PLC在礦井提升信號系統(tǒng)中的應用 [J].煤炭技術,2008(1):25-27.LIANG Guan-ying,ZHANG Chun-jiang.PLC application study in the mineral promoting signal system[J].Coal Technology,2008(1)25-27.

[4] 索楠,馬春燕,李永剛.基于PLC的礦井提升機控制系統(tǒng)的設計[J].機械工程與自動化,2012(2):139-140.SUO Nan, MA Chun-yan,LI Yong-gang.PLC-based mine hoist control system design[J].Mechanical Engineering &Automation,2012(2):139-140.

[5] 蘇吉佩,唐英姿.PLC技術在副井提升信號中的應用[J].煤炭技術,2006(3):25-27.SU Ji-pei, TANG Ying-zi. PLC technology in vice-well promotion signal application[J] Coal Technology,2006(3):25-27.

[6] 孫振偉,袁佳玲.基于PLC控制器的礦井副井提升信號系統(tǒng)的設計[J].電子設計工程,2011(8):81-82.SUN Zhen-wei,YUAN Gui-ling.Design of the mine auxiliary hoisting signal system based on PLC controller[J].Electronic Design Engineering,2011(8):81-82.