基于組態(tài)王及PLC的架空乘人裝置電控系統(tǒng)研究

王強(qiáng)強(qiáng)

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司賀西煤礦，山西 柳林 033300）

隨著礦井采掘范圍的擴(kuò)展，工作人員從地面到作業(yè)點(diǎn)路程不斷增加，同時(shí)井下布置有各種斜巷，若采用步行方式行走至作業(yè)點(diǎn)需要耗費(fèi)大量的體力以及時(shí)間，從而在一定程度上制約礦井生產(chǎn)[1～3]。架空乘人裝置憑借其適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)輸效率高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)在煤礦井下應(yīng)用較為廣泛[4～6]。為了更好的促進(jìn)架空乘人裝置運(yùn)行，本文基于組態(tài)王及PLC對(duì)架空乘人裝置電控系統(tǒng)進(jìn)行研究，以期達(dá)到降低設(shè)備磨損及能耗，并提高架空乘人裝置使用壽命的效果。

1 架空乘人裝置電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 總體結(jié)構(gòu)

架空乘人裝置電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括有地面控制PC、監(jiān)控分站、井下PLC主站等。地面控制PC用以監(jiān)測(cè)并控制架空乘人裝置運(yùn)行；PLC主站用以采集各監(jiān)控分站信息并將數(shù)據(jù)經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸給地面控制PC，與就地控制箱進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；機(jī)尾監(jiān)控分站用以采集到站、越站、上下人以及重錘等信號(hào)；其余的監(jiān)控分站用以采集各安全傳感器信號(hào)、甩道開車信號(hào)等。具體電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 架空乘人裝置電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電控系統(tǒng)運(yùn)行原理為[7～8]：上位機(jī)控制PLC運(yùn)行，PLC通過(guò)控制程序發(fā)出控制指令給抱閘繼電器并經(jīng)過(guò)2s延時(shí)與主電動(dòng)機(jī)接觸器聯(lián)通，同時(shí)通過(guò)主電動(dòng)機(jī)接觸器將控制信號(hào)傳輸給變頻器或磁力啟動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)架空乘人裝置軟啟動(dòng)。當(dāng)控制臺(tái)或上位機(jī)發(fā)出復(fù)位、停止、檢修等功能指令時(shí)，可通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)復(fù)位、停止以及檢修控制。外部各保護(hù)開關(guān)與PLC控制器連接，實(shí)現(xiàn)架空乘人裝置的各項(xiàng)保護(hù)功能。

1.2 硬件結(jié)構(gòu)

1.2.1硬件選型

架空乘人裝置往返運(yùn)輸井下作業(yè)人員，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性及可靠性有較高要求。為此，PLC選用可靠性強(qiáng)、模塊化的S7-1200系列，具體PLC各功能模塊結(jié)構(gòu)見表1。上述功能模塊應(yīng)按照預(yù)先排列順序在導(dǎo)軌上布置，具體分布見圖2。

表1 功能模塊參數(shù)

圖2 模塊排布序列

1.2.2 硬件結(jié)構(gòu)組成

架空乘人裝置電控系統(tǒng)涉及到的硬件結(jié)構(gòu)有PLC控制器、輸入及輸出模塊、外圍安全傳感器、交換機(jī)、防爆語(yǔ)音箱等。PLC是整個(gè)電控系統(tǒng)核心單元，外圍布置的各類安全傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)模擬量輸入模塊傳輸給PLC，PLC通過(guò)控制繼電器來(lái)控制架空乘人裝置運(yùn)行。

外圍安全傳感器主要有拉線、電流、溫度、紅外、壓力、脫繩以及速度傳感器等，從而以各類傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)判斷架空乘人裝置是否出現(xiàn)運(yùn)行故障，在一定程度上提升架空乘人裝置運(yùn)行可靠性。具體硬件結(jié)構(gòu)組成見圖3。

2 架空乘人裝置電控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述功能的需要，分配PLC控制器中I/O點(diǎn)，確定外部輸入元件與PLC內(nèi)部I/O點(diǎn)的連接對(duì)應(yīng)關(guān)系，并完成對(duì)I/O點(diǎn)地址的定義，從而便于后續(xù)的電控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。具體電控系統(tǒng)部分輸入輸出代碼及去向見表2。

表2 PLC部分端口I/O分配

電控系統(tǒng)開始運(yùn)行后，語(yǔ)音警報(bào)裝置首先發(fā)出5 s峰鳴聲表示架空乘人裝置馬上啟動(dòng)運(yùn)行，乘坐人員應(yīng)注意安全。隨后安全閘解除制動(dòng)，制動(dòng)器電機(jī)啟動(dòng)后制動(dòng)器解除制動(dòng)，主電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器帶動(dòng)架空乘人驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)。在主電動(dòng)機(jī)運(yùn)行前對(duì)電動(dòng)機(jī)及整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)故障狀態(tài)則停止電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，制動(dòng)器及安全閘重新動(dòng)作；若電控系統(tǒng)及主電動(dòng)機(jī)均無(wú)故障則主電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)運(yùn)行。主電動(dòng)機(jī)運(yùn)行2 s后由計(jì)算器對(duì)是否出現(xiàn)超載進(jìn)行判定，若超載則主電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行并發(fā)出超載預(yù)警；若不超載則架空乘人裝置正常運(yùn)行。

在電控系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)各安全傳感器檢測(cè)架空乘人裝置運(yùn)行情況，若檢測(cè)到有故障信息則電控系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息并顯示故障發(fā)生位置。具體電控系統(tǒng)軟件控制流程見圖4。

圖4 電控系統(tǒng)軟件控制流程

架空乘人裝置電控系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)輸需要應(yīng)具備自動(dòng)、手動(dòng)、檢修、就地等控制模塊式，同時(shí)上位機(jī)可顯示架空乘人裝置的運(yùn)行狀態(tài)（如在乘人數(shù)、運(yùn)行速度、故障信息等）。在架空乘人裝置運(yùn)行沿線布置有語(yǔ)音警報(bào)裝置，上下車點(diǎn)均具備語(yǔ)音警示功能，且沿線布置的通話裝置應(yīng)與地面監(jiān)控中心直接通話。在機(jī)頭、機(jī)械尾以及大邊坡點(diǎn)等位置布置脫繩保護(hù)，傳感器對(duì)電機(jī)電壓、電流等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)異常時(shí)電控系統(tǒng)即會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在上下口及中部位置設(shè)置緊急停車按鈕，當(dāng)任一位置緊急停車按鈕啟動(dòng)后，必須手動(dòng)復(fù)位，架空乘人裝置才可繼續(xù)運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

架空乘人裝置在礦井工作人員運(yùn)輸中具有廣泛應(yīng)用，提升架空乘人裝置電控系統(tǒng)運(yùn)行可靠性及穩(wěn)定性，對(duì)確保運(yùn)輸安全具有重要意義。本文依據(jù)煤礦行人運(yùn)輸技術(shù)要求，根據(jù)相關(guān)要求規(guī)范，基于組態(tài)王以及PLC提出的一種架空乘人裝置電控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)架空乘人裝置的精準(zhǔn)控制、便捷操作、遠(yuǎn)程監(jiān)控及架空乘人裝置的無(wú)人值守，取得較好的應(yīng)用效果。