| 榮獲“2005年度工控及自動(dòng)化領(lǐng)域優(yōu)秀案例”有獎(jiǎng)評(píng)選 三等獎(jiǎng) |
 | 專家點(diǎn)評(píng)：我國煤礦井下信集閉系統(tǒng)大多采用安全型繼電器連鎖控制，《PLC在煤礦井底車場“信號(hào)、集中、閉塞”系統(tǒng)中的應(yīng)用》一文介紹采用PLC及分布式I/0模塊構(gòu)成遠(yuǎn)程控制網(wǎng)，取代傳統(tǒng)的安全型繼電器連鎖控制，具有運(yùn)行穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)、連接方便和系統(tǒng)易于修改等特點(diǎn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣意義。 |
摘要： 本文介紹了SRM1可編程序控制器在煤礦井下“信號(hào)、集中、閉塞”系統(tǒng)中的應(yīng)用。由PLC控制的該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、現(xiàn)場抗干擾性較強(qiáng)、具有連結(jié)方便、系統(tǒng)易于擴(kuò)展等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞： 可編程序控制器、集中聯(lián)鎖、井底車場
Abstract This paper designs and implements a “signal centralization interlocking”system of shaft station which uses SRM1 PLC as the main controller. The structure of system hardware and control way are described in the paper. It has many advantages, such as the high reliability 、strong anti-jamming ability、good system expansibility.
Keywords PLC shaft station centralized interlocking
1． 前言 在現(xiàn)代礦井中巷道運(yùn)送礦物、矸石、人員、材料及設(shè)備等的主要工具是
電機(jī)車。為了保證機(jī)車運(yùn)行的安全、高效，將井下道岔、信號(hào)燈、信號(hào)發(fā)送器等設(shè)備及控制信號(hào)集中到主控室控制，并根據(jù)現(xiàn)場需要實(shí)現(xiàn)它們之間的相互閉鎖和解鎖等，此構(gòu)成的井下運(yùn)輸“信號(hào)、集中、閉塞”系統(tǒng)又簡稱信集閉系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸區(qū)段相互閉塞，電氣控制相對(duì)集中，調(diào)度實(shí)時(shí)監(jiān)督控制等。我國煤礦井下信集閉系統(tǒng)大多數(shù)采用安全型繼電器聯(lián)鎖控制來實(shí)現(xiàn)，該控制方式在設(shè)計(jì)時(shí)需繪制大量的電氣原理圖、接線圖，設(shè)計(jì)工作量較大。隨著煤礦不斷開拓，井底車場線路發(fā)生變更時(shí)，控制系統(tǒng)修改工作困難，且系統(tǒng)完成功能也受到繼電器控制的限制，有些功能不能盡人意。近幾年，信集閉系統(tǒng)的控制聯(lián)鎖方式趨向多樣化，除繼電器聯(lián)鎖控制方式外，有設(shè)計(jì)采用微機(jī)聯(lián)鎖控制、可編程序控制器（PLC）聯(lián)鎖控制、可編程邏輯器件（PLD）聯(lián)鎖控制等方式。本文介紹我們用OMRON公司SRM1可編程序控制器（PLC）做井下信集閉系統(tǒng)的主要控制器并與其它I/O模塊構(gòu)成基于CompoBUS/S
現(xiàn)場總線的遠(yuǎn)程控制網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行和系統(tǒng)設(shè)備的集中控制、聯(lián)鎖和模擬盤實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)視、自動(dòng)/人工車輛調(diào)度，從而保證井下機(jī)車運(yùn)輸安全，提高運(yùn)輸效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低能源消耗。該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、現(xiàn)場抗干擾性強(qiáng)、具有連結(jié)方便、系統(tǒng)易于擴(kuò)展等特點(diǎn)。
圖一為某礦井底環(huán)形車場平面布置圖。車場東西兩翼2.5Km，各翼分別布置有一條重車道和輕車道，向北0.4Km 和0.9Km分別至副井罐籠和主井翻車籠。圖中詳盡地標(biāo)明了車場結(jié)構(gòu)、區(qū)段劃分和電動(dòng)道岔、彈簧道岔、人工道岔、色信號(hào)燈等設(shè)備的布置情況。根據(jù)該礦生產(chǎn)實(shí)際，列車或機(jī)車在此車場內(nèi)共有十種作業(yè)：1）、將西翼發(fā)來的煤車（重車）調(diào)到主井后，機(jī)車返回區(qū)段8待命；2）、將西翼發(fā)來的矸石車或其它車輛調(diào)到副井，機(jī)車返回區(qū)段8待命；3）將東翼發(fā)來的煤車調(diào)到主井后，機(jī)車返回區(qū)段8待命；4）將東翼發(fā)來的矸石車或其它車輛調(diào)到副井，機(jī)車返回區(qū)段8待命；5）機(jī)車由區(qū)段8調(diào)往主井；6）機(jī)車由區(qū)段8調(diào)往副井；7）將主井空車（輕車）發(fā)往西翼；8）將主井空車發(fā)往東翼；9）將副井空車或材料車等發(fā)往西翼；10）將副井空車或材料車等發(fā)往東翼。此10種作業(yè)又可按完成作業(yè)時(shí)所經(jīng)車場區(qū)段劃分為14條進(jìn)路，其中共用一個(gè)運(yùn)行區(qū)段或一組道岔的兩個(gè)進(jìn)路則互為敵對(duì)進(jìn)路。為防止機(jī)車發(fā)生碰頭、側(cè)撞、追尾等事故，互為敵對(duì)進(jìn)路不允許同時(shí)開放并進(jìn)行電氣閉鎖，所以全車場共設(shè)八臺(tái)色燈信號(hào)機(jī)、五臺(tái)電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)對(duì)進(jìn)路或有關(guān)區(qū)段進(jìn)行防護(hù)，各進(jìn)路聯(lián)鎖如下表所示。
3． 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3．1 硬件設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)采用OMRON公司CompoBUS/S控制系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)路式分布控制方式，根據(jù)系統(tǒng)電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)、手動(dòng)道岔、信號(hào)機(jī)、區(qū)段數(shù)、模擬盤上顯示光帶數(shù)等計(jì)算出系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)，確定遠(yuǎn)程I/O模塊個(gè)數(shù)及分布?？刂浦鳈C(jī)采用SRM1-C02型PLC，它最多可以構(gòu)成一個(gè)多達(dá)32個(gè)從站、擁有256個(gè)I/O點(diǎn)的分散I/O控制系統(tǒng)，并通過SRM1-C02的RS-232C端口連接一臺(tái)上位機(jī)作監(jiān)控、管理、編程。從站根據(jù)需要選配遠(yuǎn)程繼電器輸出端子SRT1-R0F08和遠(yuǎn)程晶體管輸入端子SRT1-RD08，電纜采用型號(hào)為VCTF-JISC3306的乙烯基屏蔽電纜，網(wǎng)絡(luò)終端阻抗器為SRS1-T，電源采用OMRON的S82S-0724電源箱。 圖二為該系統(tǒng)硬件組成框圖。
3．2 軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)可編程序控制器控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)信集閉系統(tǒng)控制功能的不同，將程序分為八個(gè)模塊分別編程和調(diào)試，最后進(jìn)行綜合調(diào)試，控制程序流程如圖三。主要有調(diào)度模擬盤狀態(tài)監(jiān)測程序，用來監(jiān)測模擬盤上機(jī)車行駛區(qū)段光帶顯示狀態(tài)，為調(diào)度員提供井下機(jī)車實(shí)時(shí)行駛位置；電動(dòng)道岔控制及狀態(tài)監(jiān)控程序，根據(jù)系統(tǒng)聯(lián)鎖控制邏輯對(duì)電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行控制，同時(shí)監(jiān)測所有電動(dòng)道岔當(dāng)前位置狀態(tài)和執(zhí)行情況，為保證電動(dòng)道岔工作正常，在程序中設(shè)置動(dòng)作反應(yīng)監(jiān)測功能，若發(fā)生道岔夾矸或擠岔故障，自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警；進(jìn)路監(jiān)測控制程序，專門對(duì)系統(tǒng)14條進(jìn)路監(jiān)測與監(jiān)控，根據(jù)作業(yè)種類對(duì)有關(guān)的電動(dòng)道岔和敵對(duì)進(jìn)路的信號(hào)實(shí)行閉鎖，非敵對(duì)進(jìn)路和其他電動(dòng)道岔進(jìn)行解鎖。機(jī)車闖紅燈報(bào)警程序，是由機(jī)車當(dāng)前位置與所占進(jìn)路閉鎖狀態(tài)、該進(jìn)路信號(hào)燈狀態(tài)進(jìn)行邏輯判斷識(shí)別，發(fā)現(xiàn)闖紅燈機(jī)車立即進(jìn)行聲光報(bào)警，并對(duì)有關(guān)進(jìn)路及時(shí)進(jìn)行閉鎖，防止機(jī)車碰頭、側(cè)撞、追尾事故的發(fā)生。為提高系統(tǒng)程序的可靠性和抗干擾性，在編程中還多處設(shè)置“看門狗”定時(shí)器，增強(qiáng)程序的自診斷能力。本程序設(shè)置有人工和自動(dòng)兩種控制方式，正常情況下采用自動(dòng)控制方式，減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。井下特殊情況時(shí)，可由自動(dòng)方式轉(zhuǎn)換為人工調(diào)度狀態(tài)以滿足井下運(yùn)輸要求。 本系統(tǒng)編程采用基于Windows平臺(tái)的SYSMAC-CPT編程軟件，它適用于OMRON大、中、小型PLC的用戶程序編制和監(jiān)控。其功能1）脫機(jī)編程：可用梯形圖語言或指令編程，可實(shí)現(xiàn)多窗口、多工程、多任務(wù)運(yùn)行，還可發(fā)揮剪切板的功能，方便地實(shí)現(xiàn)程序的剪切、復(fù)制、粘貼等編程功能。編程之后可進(jìn)行語法檢查，幫助糾正程序語法錯(cuò)誤。2）監(jiān)控運(yùn)行：PLC通過RS232-C接口與上位機(jī)相連，計(jì)算機(jī)可監(jiān)視PLC的工作；可觀察任何工作位的狀態(tài)；可讀所有數(shù)據(jù)；還可強(qiáng)置某些工作位處于ON或OFF狀態(tài)。也可根據(jù)需要方便地與煤礦局域網(wǎng)鏈接。3)文件管理：對(duì)所編的程序可存儲(chǔ)為磁盤文件，這些文件可按照計(jì)算機(jī)管理文件的辦法進(jìn)行管理、程序打印等。4）在線修改：監(jiān)視運(yùn)行時(shí)需修改控制程序或發(fā)現(xiàn)程序存在問題，除脫機(jī)修改外，在問題不太多，又是允許的情況下可再線更改程序。這種邊運(yùn)行、邊更改，既不耽誤PLC的工作，又可直接地發(fā)現(xiàn)與排除故障，是現(xiàn)場較方便的調(diào)試與完善程序的方法。
4． 現(xiàn)場抗干擾措施 由于煤礦井下供電的特殊性，必須考慮存在的各種干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，抗干擾問題是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)至關(guān)重要的內(nèi)容，因此從軟、硬件設(shè)計(jì)上采取相應(yīng)的措施以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力。井下主要干擾源是由電源和接地系統(tǒng)造成的。如煤礦井下采用變壓器中性點(diǎn)不接地供電方式，供電系統(tǒng)含高次諧波成份較大；井下采煤機(jī)、主水泵、運(yùn)輸機(jī)等大、中型電氣設(shè)備使用較多且工作啟動(dòng)頻繁，電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大；直流架線電機(jī)車在巷道中運(yùn)行，鐵軌作為一個(gè)電極其流入大地的雜散電流較多；電機(jī)車集電弓與架空線接觸不良產(chǎn)生電火花造成電磁輻射干擾等。這些由電源和接地系統(tǒng)造成的干擾對(duì)系統(tǒng)正常工作十分不利，為此我們采取一些措施防止干擾： 1） 對(duì)來自配電系統(tǒng)的干擾，在原配電屏的220V輸出級(jí)增加一級(jí)抗干擾交流穩(wěn)壓器，使配電系統(tǒng)的干擾降至最小。 2） PLC主機(jī)箱采用金屬殼，并設(shè)計(jì)安裝PLC的專用接地線，接地電阻小于5Ω，構(gòu)成屏蔽外殼，以防止電磁輻射干擾，。 3） PLC I/O信號(hào)均利用光電耦合器件實(shí)現(xiàn)電路上的隔離。 4） 現(xiàn)場CompoBus/s傳輸線均采用屏蔽線，并且傳輸電纜、控制電纜、電源電纜分別設(shè)計(jì)安裝在不同線槽或?qū)Ч軆?nèi)，線槽之間的距離不小于300毫米，防止外部干擾信號(hào)竄入系統(tǒng)。 5） 在軟件編程中，對(duì)執(zhí)行元件、設(shè)備采用看門狗定時(shí)器或動(dòng)作反應(yīng)檢測程序進(jìn)行監(jiān)控，因干擾或誤動(dòng)作出現(xiàn)故障可及時(shí)報(bào)警、顯示，已備診斷。 以上措施加上PLC本生具有的高抗干擾能力，使本系統(tǒng)取得了很好的現(xiàn)場抗干擾效果。
5． 結(jié)束語 煤礦井下車場信集閉系統(tǒng)采用PLC構(gòu)成的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)控制，充分發(fā)揮了PLC遠(yuǎn)程智能化控制優(yōu)點(diǎn)，具有人工/自動(dòng)調(diào)度指揮功能、機(jī)車闖紅燈報(bào)警功能、道岔復(fù)位及故障自檢測功能、模擬盤顯示自檢功能，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)工作的可靠性，提高了系統(tǒng)抗<
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