PLC控制在矿井提升机打点信号系统中的应用

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本系统以三菱FX2N系列PLC为主控制器，根据矿井现场中提升机工作要求，进行提升机打点信号系统的设计。系统具有打点信号数字及汉字同步显示、记忆功能，语音通讯功能及适应生产的控制信号安全闭锁功能，这大大增强了系统的智能化程度和安全性。本系统已初步试用，结果表明：系统运行可靠、性能稳定，符合煤矿安全生产的需要。本文重点介绍系统构成及功能。
       
        早期矿井提升机打点信号系统控制以集成电路或单片机居多，与PLC可编程控制器相比，前者维护、使用比较复杂，故障率较高，性能不稳定，容易发生误动作。本系统以PLC控制器为核心，采用LED屏同步模拟显示，可进行现场编程，很容易解决生产中出现的各种问题，误动作率低，操作简单，极大的提高了系统的适应性。
       
        1系统组成
       
        本系统控制主要分为3大部分：绞车房、上井口、下井口。三部分控制器均采用三菱公司FX2N系列PLC.
       
        1.1主要部分基本配置
       
        1）绞车房
       
        绞车房基本配置：48点晶体管型PLC、继电器扩展模块、控制按钮、语音通讯模块、报警电路、LED点阵显示模块、数码管显示模块、普通电源等。
       
        2）上井口
       
        上井口车场基本配置：32点继电器型PLC、语音通讯模块、控制按钮、报警电路、LED点阵显示模块、数码管显示模块、防爆型电源等。
       
        3）下井口
       
        下井口车场基本配置32点继电器型PLC、语音通讯模块、控制按钮、报警电路、LED点阵显示模块、数码管显示模块、防爆型电源等。
       
        1.2 PLC之间的通讯
       
        1）3个PLC之间的信息交流都是通过MODBUS 485通讯方式来完成。例如井底发出开车信号后，通过485通讯先由井口接收到，井口确认井底信号后，发出与井底相同信号，在确认两个信号相同后，才能通过485通讯将开车信号送到车房。停车、急停、检修、水平信号都可以直接发往绞车房。
       
        2）通讯电缆可选用5芯阻燃式铠装控制电缆
       
       
        图1 PLC之间的通讯
       
        1.3打点信号数码管显示模块
       
        绞车房、上下井口车场打点信号数字显示均采用74LS247驱动共阳极数码管。大小分别为车房内为5寸数码管、上下井口车场内为3寸数码管。打点信号数码管显示电路如图2所示：其中1号数码管点亮时发红光用于显示当前打点信号；2号数码管点亮时发蓝光用于显示存储提升打点信号。
       
       
        图2 打点信号数码管显示模块
       
        1.4语音通讯模块
       
        模块中送话器采用双线驻极体话筒；喇叭采用型号为YH5—8A简扬声器；打点音响频率为1 000 Hz左右。语音通讯模块模拟图如图3所示。
       
       
        图3 语音通讯模块
       
        2系统功能
       
        2.1绞车房显示功能
       
        1）提升打点信号数码显示：1点-停车、2点-快上、3点-快下、4点-慢上、5点-慢下；
       
        2）提升类别汉字显示：“检”、“急”、“快上”、“快下”、“慢上”、“慢下”、“一水平”、“二水平”；
       
        3）提升信号调用显示功能：能对最近10次提升信号进行存储并循环调用显示；
       
        4）显示信号回路接通功能。
       
        2.2上、下井口车场显示功能
       
        1）提升类别汉字显示：“检”、“急”、“快上”、“快下”、“慢上”、“慢下”、“一水平”、“二水平”；
       
        2）下井口发来的提升信号的数码显示；
       
        3）本位发出的提升信号数码显示。
       
        2.3绞车房控制功能
       
        1）无论是上井口还是下井口发出的“急停”信号，直接送车房显示“急”。且有喇叭长鸣报警，同时闭锁其它信号；
       
        2）无论是上井口还是下井口发出的“停车”信号，直接送到车房显示“1”且有喇叭一声响；
       
        3）无论是上井口还是下井口发出的“检修”信号，直接送到车房显示“检”，闭锁其它信号；。
       
        4）由上井口车场发出“一水平”、“二水平”信号后，在车房内显示“一水平”、“二水平”；
       
        5）必须在上井口与下井口车场发出相同的打点信号时才能显示在车房控制箱上，并伴有相应数字音响，否则无输出信号；
       
        6）若打点信号“2、3、4、5”未送到车房，绞车房不能开车（车房有一个继电器串入安全回路）。
       
        2.4上、下井口车场控制功能
       
        1）上井口车场PLC负责与下井口车场和车房信号联络。
       
        当井底做好开车准备时，下井口发出开车信号输送到上井口，告之已具备开车条件。同时也送入到绞车房，参与车房信号逻辑控制；当然上井口也可向下井口发出询问信号进行要“点”，说明井口可以准备开车；
       
        2）下井口车场发出的打点信号在上井口车场显示，且上、下井口车场发出的打点信号相同时才能输出到绞车房；
       
        3）“急停、停车、检修”按钮按下时全线都显示；
       
        4）上井口发出水平信号，各个水平信号之间相互互锁，如：“一水平信号”发出后只能执行“一水平”信号的控制，全线显示“一水平”。
       
        2.5闭锁功能
       
        1）信号与绞车控制回路闭锁：只有绞车房接到上井口发来的提升信号，绞车房可开车；
       
        2）信号与安全回路闭锁：当绞车房收到上、下井口信号发来的“急停”信号，绞车安全回路跳闸；
       
        3）信号有转发闭锁：上井口只有受到下井口发来的信号时，才能向车房发出信号，并只能转发与下井口相同的信号[5]；
       
        4）开车信号闭锁：当发出信号后，只有清除当前信号后，才能发出其它信号；
       
        5）上、下井口车场发出的“停车”信号可直接发往绞车房，不受信号本身闭锁的限制；
       
        6）上、下井口车场发出的“急停”信号可直接发往绞车房，不受其他任何信号的限制；
       
        7）上、下井口车场发出“急停”信号后，其它信号均不能再发出，包括开车信号和检修信号；
       
        8）检修信号发出后，开车信号不能发出；
       
        9）在语音通讯功能中，下井口只对上井口，上井口既与下井口也可与车房进行通讯，但车房只可与上井口进行通讯。
       
        3结束语
       
        系统中上、下井口车场、绞车房控制器采用三菱公司的FX2N系列PLC，它们之间运用MODBUS 485通讯方式，大大提高了信号的传输距离，符合井下通讯需要。而且通讯电缆选用5芯阻燃式铠装控制电缆，简化了PLC的外围电路，减小了故障点，降低维护难度，同时也节约成本。提升机打点信号显示采用数字及汉字同步显示，这方便工作人员进行判断信号，避免因疏忽造成误动作。同时打点信号显示中还增加了存储功能，工作人员可以调用显示最近10次的信号操作，便于故障查询。总之，本系统设计具有强大的信号控制和闭锁功能，满足矿井提升机工作系统的安全需要。系统试用以来结果表明：系统运行可靠、性能稳定，为煤矿安全生产奠定了坚实的基础。同时在运行中发现，矿井提升机工作系统还存在一个重要数据——提升机提升钩数，它是反映矿井中工作人员单班提升量的重要数据。为了更科学的适应矿井生产，今后打点信号显示中可以增加提升钩数显示功能。