金 卓

（國(guó)家能源集團(tuán)內(nèi)蒙古平莊能源股份有限公司，內(nèi)蒙古赤峰024000）

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的跑車防護(hù)裝置可以分為常開式跑車防護(hù)裝置和常閉式跑車防護(hù)裝置，其控制方式有手動(dòng)控制式、電磁感應(yīng)控制式、雷達(dá)測(cè)速控制式、光電傳感器控制式等。常開式跑車防護(hù)裝置已不能滿足《煤礦安全規(guī)程》的要求[1-5]，故市面上常閉式跑車防護(hù)裝置種類較多，但其目前存在誤動(dòng)作率比較高、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)易出故障和事故后恢復(fù)困難等問題。

為保證礦山生產(chǎn)和人員的安全，提升系統(tǒng)必須安全可靠運(yùn)行，基于此，本文采用PLC控制技術(shù)設(shè)計(jì)了一種常閉式跑車防護(hù)裝置（圖1），詳細(xì)分析了該裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)、工作原理等內(nèi)容，設(shè)計(jì)了監(jiān)控子程序，有效降低了該裝置誤動(dòng)作率和數(shù)據(jù)采集故障率，提高了礦井斜井運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性與可靠性。

圖1 跑車防護(hù)裝置示意圖

1 跑車防護(hù)裝置主要功能

井下跑車防護(hù)裝置主要負(fù)責(zé)監(jiān)控車輛的狀態(tài)、位置信息，根據(jù)邏輯關(guān)系判斷是否觸發(fā)攔車功能、故障報(bào)警、程序監(jiān)控功能、故障錄波功能。井下跑車防護(hù)裝置的功能圖如圖2所示。

井下跑車防護(hù)裝置分四部分，分別為模擬量采集模塊、主控模塊、攔車控制模塊、開關(guān)量控制模塊。各控制子模塊的信號(hào)均通過MODBUS總線上傳至主控模塊，主控模塊通過分析各子模塊的信息和邏輯運(yùn)算，之后向各子模塊發(fā)出不同的動(dòng)作指令，完成攔車控制、報(bào)警與信號(hào)上傳后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，并能夠儲(chǔ)存故障信息，完成故障錄波功能，為工作人員分析故障信息提供幫助。根據(jù)保護(hù)裝置技術(shù)要求，保留50條故障錄波信息。

主控模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的轉(zhuǎn)速信號(hào)、位置信號(hào)、深度信號(hào)；分別協(xié)調(diào)控制攔車回路和報(bào)警回路，并根據(jù)兩個(gè)回路的狀態(tài)完成攔車和報(bào)警控制；將設(shè)備的參數(shù)、狀態(tài)信息上報(bào)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，為車輛在后期的維護(hù)、檢修提供參考。

圖2 跑車防護(hù)裝置功能圖

2 控制原理

跑車防護(hù)裝置的控制原理如圖3所示。

圖3 控制原理圖

主控模塊方面采用目前煤礦系統(tǒng)應(yīng)用比較成熟的PLC作為跑車防護(hù)裝置的控制、運(yùn)行、遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集與報(bào)警等的主要元器件。該控制方式優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、適用性強(qiáng)。遠(yuǎn)程監(jiān)控方面設(shè)置了登錄界面、礦車狀態(tài)界面、捕車?yán)K網(wǎng)狀態(tài)畫面、故障報(bào)警畫面、參數(shù)設(shè)置畫面等內(nèi)容，還設(shè)置了登錄管理權(quán)限和參數(shù)設(shè)置權(quán)限，以保證系統(tǒng)的安全性與可靠性。該模塊可以通過監(jiān)控界面實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)跑車防護(hù)裝置的運(yùn)行情況進(jìn)行在線監(jiān)控，通過設(shè)置常閉式捕車?yán)K網(wǎng)，在礦車跑車時(shí)進(jìn)行可靠攔截。

（1）當(dāng)發(fā)生跑車時(shí)，脈沖旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)到的位置差異超過定值，PLC收到信號(hào)后，立即向阻車器、捕車?yán)K網(wǎng)發(fā)出動(dòng)作指令，切斷提升機(jī)電氣回路，有效防止礦車因故障沖出巷道，造成事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

（2）礦車位置判斷，設(shè)置位置傳感器。當(dāng)?shù)V車運(yùn)行至不同的位置傳感器時(shí)，對(duì)礦車位置進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)對(duì)脈沖旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行計(jì)數(shù)并清零，完成礦車位置的確認(rèn)。

（3）當(dāng)?shù)V井提升速率超過捕車?yán)K網(wǎng)的動(dòng)作點(diǎn)時(shí)，阻車器、捕車?yán)K網(wǎng)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)車輛的動(dòng)作捕車。將捕車安全繩網(wǎng)狀態(tài)和車輛狀態(tài)及時(shí)上傳至監(jiān)控系統(tǒng)，并可通過顯示器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（4）故障報(bào)警。設(shè)置了與PLC聯(lián)動(dòng)的語音報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)故障發(fā)生后，采用語音提示和監(jiān)控報(bào)警的雙系統(tǒng)。不同的故障類型對(duì)應(yīng)不同的語音提示，并對(duì)故障進(jìn)行存儲(chǔ)，監(jiān)控人員和維修人員可以隨時(shí)調(diào)取故障信息（包含故障起始時(shí)間、故障類型等內(nèi)容），以便有針對(duì)性地下發(fā)維修計(jì)劃。

3 控制方案

根據(jù)跑車防護(hù)裝置的工作原理，跑車防護(hù)裝置程序的控制流程圖如圖4所示。PLC開機(jī)啟動(dòng)后首先對(duì)程序及控制設(shè)備各個(gè)分支程序數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，校驗(yàn)各分支程序的功能及其工作狀態(tài)；動(dòng)態(tài)檢測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)、位置信號(hào)、深度信號(hào)；進(jìn)入主程序向后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)上報(bào)車輛狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是否接收到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的動(dòng)作指令并執(zhí)行。

圖4 控制系統(tǒng)主流程圖

（1）正常運(yùn)行過程：正常提物情況下，PLC根據(jù)位置傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器等判斷礦車的位置、運(yùn)行速度、運(yùn)行方向、運(yùn)行狀態(tài)、捕車?yán)K網(wǎng)以及阻車器等的位置和狀態(tài)，是否有故障燈信息，并將這些數(shù)據(jù)及時(shí)傳遞至監(jiān)控系統(tǒng)。

（2）攔車過程：當(dāng)發(fā)生跑車時(shí)，旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)到位置差異超過定值，各巷道捕車?yán)K網(wǎng)下放，阻車器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)礦車的可靠攔截。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)的位置未達(dá)到定值時(shí)，由于跑車造成礦車沖擊擋車欄，依舊會(huì)造成阻車器和捕車?yán)K網(wǎng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)礦車的可靠攔截。跑車時(shí)觸發(fā)故障告警。

（3）監(jiān)控子程序：負(fù)責(zé)監(jiān)控主程序及各分支程序在運(yùn)行過程中是否正常、是否出現(xiàn)程序跑飛等錯(cuò)誤，并發(fā)出報(bào)警信息。

4 結(jié)語

本文采用PLC控制技術(shù)設(shè)計(jì)了一種跑車防護(hù)裝置，設(shè)計(jì)了主程序和監(jiān)控子程序，實(shí)現(xiàn)了捕車?yán)K網(wǎng)的自動(dòng)起落，有效降低了該裝置誤動(dòng)作率和數(shù)據(jù)采集故障率，提高了礦井斜井運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性與可靠性，完全不用人工操作，避免了人員誤操作帶來的安全隱患。該跑車防護(hù)裝置實(shí)施后，礦車監(jiān)控人員只需通過監(jiān)控界面就能及時(shí)觀察各項(xiàng)狀態(tài)與參數(shù)，不需要停車或等待人工檢查確認(rèn)捕車?yán)K網(wǎng)的位置等信息，有效降低了維修費(fèi)用，節(jié)約了運(yùn)輸時(shí)間。