怎樣設(shè)計(jì)一個(gè)以PLC控制器為核心的礦井副井提升信號(hào)系統(tǒng)？工作原理是什么？

河南省是一個(gè)資源大省，平頂山市的煤炭資源尤為豐富，改造傳統(tǒng)煤炭工業(yè)，改變煤炭工業(yè)形象，提高企業(yè)現(xiàn)代管理水平，提高煤礦安全，從而能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在煤炭行業(yè)的應(yīng)用，改變了煤炭行業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高了煤炭的產(chǎn)量和煤炭生產(chǎn)的安全性，提高了企業(yè)的自動(dòng)化和管理水平。

副井提升信號(hào)系統(tǒng)是副井提升電控系統(tǒng)的重要組成部分，該系統(tǒng)性能的好壞將直接影響到副井提升機(jī)的安全運(yùn)行。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子元器件的發(fā)展，產(chǎn)生了一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置——可編程邏輯控制器。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。由于PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、擴(kuò)展其功能，已成為當(dāng)今應(yīng)用場(chǎng)合最為廣泛的工業(yè)控制裝置，成為機(jī)電控制不可缺少的核心控制部件，隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度要求的不斷提高，更加可靠的可編程控制器（PLC）已應(yīng)用到煤炭行業(yè)的各個(gè)系統(tǒng)中。本文提出了一種以PLC為核心的礦井副井提升信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

1 總體設(shè)計(jì)

以PLC為核心的礦井副并提升信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。本系統(tǒng)主要由PLC控制器、信號(hào)輸入、信號(hào)輸出、井口信號(hào)箱、井底信號(hào)箱、絞車(chē)房信號(hào)箱、保護(hù)系統(tǒng)等幾部分組成。

PLC控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。具有功能變化靈活、編程簡(jiǎn)單，自動(dòng)檢測(cè)故障點(diǎn)，噪音低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。

信號(hào)輸入主要包含提升機(jī)去向、提升機(jī)位置、功能信號(hào)等部分。其中提升機(jī)信號(hào)包括提礦、提物、提人、上行、下行等信號(hào)。

信號(hào)輸出主要包含下行音響、顯示信號(hào)，上行音響、顯示信號(hào)，提物、提礦、提人計(jì)數(shù)信號(hào)和電視顯示器信號(hào)等。

井口信號(hào)箱主要包括各種提升信號(hào)的漢字顯示及聲音提示，各種信號(hào)的按鈕檢測(cè)。完成對(duì)本水平各種信號(hào)的閉鎖功能及對(duì)井下信號(hào)的閉鎖功能，同時(shí)完成向絞車(chē)房發(fā)送相應(yīng)的信號(hào)。

井底信號(hào)箱主要包括各種提升信號(hào)的漢字顯示及聲音提示，各種信號(hào)的按鈕檢測(cè)。完成向井口發(fā)相應(yīng)的信號(hào)，同時(shí)完成對(duì)本水平各種信號(hào)的閉鎖功能。

絞車(chē)房信號(hào)箱主要完成井口、井底提升信號(hào)的數(shù)字和漢字顯示及聲音提示，前一次或前幾次信號(hào)的存儲(chǔ)記憶和顯示。完成急停信號(hào)對(duì)安全回路的閉鎖，換程信號(hào)的發(fā)出，停車(chē)信號(hào)的閉鎖等功能。

保護(hù)系統(tǒng)主要包含故障信號(hào)預(yù)報(bào)、事故停車(chē)信號(hào)、緊急停車(chē)信號(hào)等。當(dāng)提升機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)由保護(hù)系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)到，然后由PLC控制器發(fā)出信號(hào)到絞車(chē)房，并進(jìn)行相應(yīng)的操作，對(duì)煤礦的安全起到很重要的作用。

2 系統(tǒng)分析

2．1 系統(tǒng)功能

設(shè)計(jì)出的以PLC為核心的礦井副井提升信號(hào)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：1）提升信號(hào)有數(shù)字顯示功能；2）提升指令有漢字顯示功能；3）急停報(bào)警功能和急停擴(kuò)展功能；4）井上下信號(hào)必須一致方可開(kāi)車(chē)；5）井下信號(hào)只能通過(guò)井上信號(hào)才能傳至絞車(chē)房，不能直接傳至絞車(chē)房；6）事故點(diǎn)個(gè)停車(chē)點(diǎn)，均由井上、下直接傳至絞車(chē)房，停止絞車(chē)運(yùn)行；7）實(shí)現(xiàn)方向閉鎖功能；8）實(shí)現(xiàn)快慢連鎖功能。

2．2 系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)的工作原理圖如圖2所示，其打點(diǎn)信號(hào)的分配見(jiàn)表1。

系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：

提升機(jī)到位后，井口電磁傳感器通過(guò)信號(hào)輸入向PLC控制器傳送1個(gè)到位信號(hào)。經(jīng)PLC控制器處理后向絞車(chē)房發(fā)出操作指令，信號(hào)工此時(shí)可進(jìn)行操車(chē)作業(yè)，打開(kāi)安全門(mén)，落下?lián)u臺(tái)，開(kāi)啟阻車(chē)器。發(fā)信號(hào)順序：下井口→上井口→絞車(chē)房。提升機(jī)裝載完畢后，解除井口所有閉鎖：關(guān)閉安全門(mén)，抬起搖臺(tái)，關(guān)閉前阻車(chē)器。

1）提升機(jī)快上

下井口先打點(diǎn)2次，經(jīng)PLC控制器的作用后輸出，X1動(dòng)作2次，移位寄存器左移2位，內(nèi)部繼電器R20接通，X1觸發(fā)“Y8”2次，在下井口顯示器上顯示本次信號(hào)點(diǎn)數(shù)“2”，上井口、下井口電鈴?fù)瑫r(shí)打鈴2次；上井口接到打點(diǎn)信號(hào)后，開(kāi)始打點(diǎn)。上井口打點(diǎn)器X3打點(diǎn)“2”，左移指令也向左移2位，Y0接通，電機(jī)做“正上”快速運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，由于Y0互鎖，電路Y7接通，紅色指示燈亮。

上井口打點(diǎn)時(shí)，Y4、Y5、Y6繼電器接通，下井口、上井口、提升機(jī)房電鈴晌，響鈴次數(shù)與打點(diǎn)數(shù)相同，此時(shí)Y9接通，觸發(fā)上井口顯示電路顯示“2”；當(dāng)達(dá)到井面時(shí)，停車(chē)開(kāi)關(guān)地X4打點(diǎn)寄存器復(fù)位，線圈失電，提升機(jī)停車(chē)、顯示器復(fù)位。

2）提升機(jī)快下

下井口先打點(diǎn)3次，經(jīng)PLC控制器的作用后，移位寄存器移位至R2，R0～R2接通，R1、R20失電，R21帶電，其相應(yīng)的觸點(diǎn)動(dòng)作閉合，上井口、下井口電鈴響，下井顯示“3”。上井聽(tīng)到指示后開(kāi)始打點(diǎn)，過(guò)程與上相同，提升機(jī)開(kāi)動(dòng)。

3）提升機(jī)慢上

即正方向開(kāi)慢車(chē)，下井打點(diǎn)“4”為慢車(chē)，經(jīng)PLC控制器處理后在顯示器顯示為“4”，通過(guò)R4的互鎖作用，使其余繼電器不工作，通過(guò)ZJ3所接外部觸點(diǎn)來(lái)轉(zhuǎn)換電路工作。

4）提升機(jī)慢下

即反方向開(kāi)慢車(chē)，下井打點(diǎn)“4”為慢車(chē)，經(jīng)PLC控制器處理后在顯示器顯示為“4”。通過(guò)R4的互鎖作用，使其余繼電器不工作，通過(guò)ZJ3所接外部觸點(diǎn)來(lái)轉(zhuǎn)換電路工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)出之后，已經(jīng)在平頂山市部分煤礦初步試用，試用以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行正常，性能穩(wěn)定，信號(hào)發(fā)送準(zhǔn)確，顯示屏顯示可靠，有力地保障了提升安全的可靠性，為煤礦安全生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。