基于PLC的副井操车电控系统的设计.pdf

第 3期 2 0 0 8年 6月 工矿 自 动 化 I n dus t r y a nd M i ne Au t oma t i o n NO ． 3 J L lr 1 ．2 0 08 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 8 0 3 --0 1 1 9 0 3 基于 P L C的副井操车电控系统的设计 聂 立新 ， 刘 志忠 ， 赵 明利 河 南理 工 大学机 械与 动力 工程 学 院 ， 河南 焦作4 5 4 0 0 0 摘要 文章介绍了一种 副井操车电控 系统的设计。在分析该电控 系统设计条件的基础上 ， 较详细地介绍 了基 于 P L C的副 井操 车 电控 系统 的硬件 和软 件 的设 计及 实现 。 实际运 行表 明该 电控 系统性 能稳 定 、 可 靠。 关键 词 矿 井；操 车 ；电控 系统 ；P L C 中图分类 号 T D 6 3 3 文献标 识码 B 。 引 言 葶 蠢 中 实 现 ，与 系 统 硬 件 无 关 ，提 高 副井操车系统最初采用的电气控制方法是继电 器控制， 较复杂的控制逻辑需要 多个继电器才能实 现 ， 结 构复 杂 、 体 积庞 大 ， 尤 其是 在控 制条件 改变 时 ， 需要大幅度更改 以继电器为控制元件的硬件 电路。 因此 ， 继 电器控制 方 法 已不 能 适 应 现 场 条 件 和运 行 要求的变化 ， 难以满足现代化煤矿生产 的需要。而 P L C在工业控制中的成功应用 ， 克服了继电器控制 所存在 的 问题 。为此 ， 笔者设 计 了一 种基 于 P I C技 术 的副井操 车 电控 系统 ， 该 系统 以其 灵 活 的控 制 功 能和简便的操作过程得到 了煤矿企业 的肯定 ， 提高 了矿井 运输 的效 率 。 1 P L C电控 系统 设计 条件 分析 操 车 电控 系 统主要控 制 安全 门 、 阻车器 、 托罐 闸 以及道岔的动作 ， 如有推车机还要控制推 车机和摇 台动作 ， 本文进行简化设计 ， 暂不考虑推 车机和摇 台。在 矿 山原 有 的操 车 系 统 中 ， 托 罐 闸使 用 气 动 驱 动， 安全门使用电机驱动， 阻车器、 道岔使用手动控 制， 各设备的动作不符合 煤 矿安全规程 的安全闭 锁要求 ， 操作起来也相当烦琐 。因此 ， 笔者在保留原 有操车机械部件 托罐闸、 安全门等 的基础上， 增设 了液压站 ， 通过液压缸的伸缩控制机械部件的动作 ， 简化 了整个 操车 系 统 的结 构 ， 同时 也 降低 了 电控 系 统 的设 计难 度 。电控 系统 只需控 制液 压 系统 中的 电 磁阀通断产生油路变换 ， 便可使液压缸伸缩 ， 从而带 动操车设备运行。电控系统运行时的安全闭锁等要 收稿 日期 2 0 0 7 1 2 1 2 作者简介 聂立新 1 9 7 5 一 ， 男 ， 硕 士， 讲师 ， 研 究方 向为机电一 体化 与 C AD技术 。 2硬 件设计 操 车 电控 系 统 由控 制 台 、 防爆 箱 及 磁力 驱 动器 等构成 ， 如 图 1 所 示 。 l 一 接操 军设 备 位 置 传 感 器 ； 2接 液 压站 电磁 阀 ； 3 接矿用交流电源 ； 4 控制台电源输入及信 号线输 出线； 5 接绞车提升信号控制设备 ； 6 、 7 磁力驱动器控制线 ； 8 接矿用 双回路动力 ； 9 接液压站电机 1 、 2 图 1 操 车 电 控 系 统 结 构 图 井 口操 车控 制 台为 矿用 隔爆兼 本质安 全 型控制 箱 ， 控制面板上有控制按钮 、 信号显示灯， 内置可编 程序控制器 ， 接 收操车位置传感器信号。井 口防爆 箱 外接 矿用 交流 电源 ， 通 过 内置 2 4 V直 流开关 电源 给井口操车控制台内的 P L C以及控制电路供电， 连 接液压站电磁阀控制油路通断变换 ， 与提升信号控 制 单元 连接 ， 便 于实 现操 车 运 行 和绞 车 运 行 之 间 的 安 全 闭锁 。磁 力驱 动器 相 当于驱 动液压 站 2 个 油泵 的电机 的开关 ， 通 过其特 殊 的机械 结构 实现通 、 断 电 时的防爆 、 隔爆 ， 由井 口操车控制台信号控制防爆箱 内的继 电器通 断 电开关 控制 。 3软 件设计 操车系统各部件的动作状态显示和工作过程通 过 P L C程序来控制， 操车开始动作与罐笼到位和绞 车停 止信 号 闭锁 、 操 车完 成 与绞 车 开 动 闭锁 以及 操 维普资讯 1 2 0 工矿 自动化 2 0 0 8年 6月 车部件 安全门、 阻车器等 动作的安全闭锁均通过 P I C程 序 实 现 。 现 以 s 7 2 0 0系列 P I C编 程 为 例 ， 说 明操车 系统必 须要实 现 的功 能 。 1 动作 状态 显示功 能 操车 系统 各继 电器动作 过程 和到位显 示应有 所 区别 ， 如将安 全 门打 开动 作 的状 态 和安 全 门 开到 位 的状 态的显 示应有 不 同的表 达 ， 这 样可 以让 用户 清 楚 操 车系统 当前 的实 际状态 和控制 动作 。通 过显 示 灯 的颜色和闪亮可 以实现上述功能， 如用“ 红灯长 亮” 显示安全门等“ 关闭到位” 状态 ， “ 绿灯长亮” 显示 安全 门等“ 打开到 位” 状态 ， 通 过 软件 使 “ 红 灯 闪烁 ” 表示“ 安全 门打开过 程中” ， “ 绿灯 闪烁” 表 示“ 安 全门 关 闭过程 中” 。由 2个 定 时器 形 成 的 多谐 振荡 电路 便 可实现显 示灯“ 长 亮 ” 和 “ 闪亮 ” 的功 能 ， 闪亮 时 问 可 以通 过 2个定时 器定时时 问设定 。 图 2中 闪烁 问 隔时 间为 0 ． 2 S ， 根 据 现场 经验 ， 完全 能 够 使操 作 人 员感 知操 车 的动作 变换 。 网络 开 关 网络2 [I 网络 网络 1 0Il l S 十 2 O I P I I l冲 左井 门开继 电器 l l 图 2操 车 电控 系统 动 作 状 态 显不 功能 的实 现 不 意 图 2 操 车 开 始动 作 与罐 笼 到 位 、 绞 车停 止 信 号 闭锁 功能 在联动工作中， 操车的运行必须符合 煤矿安全 规程 的规定 井 口、 井 底 的安 全 门必 须 与 罐位 和 提 升信号联 锁 ， 罐笼 到位并 发 出 停 车信 号 后 安全 门才 能打开。图 3中， 信号停止输入为绞车停车信号 ， 只 有罐笼到位且信号工发出停车信号后， 安全 门开按 钮才 有效 。 左罐到位显示 信 号停J E 输入井门开钿左井门开传感器 联动左井 门开 售井 图 3 操车开始与绞车停 止闭锁功能的实现示意图 3 操 车完成 与绞 车开 动闭锁功 能 煤矿安全规程 要求 ， 只有在安全门、 阻车器等 对罐 笼运行有 影 响的部 件均关 闭或缩 回后才能 开动 绞车。笔者借助于各部件的关到位传感器的软件逻 辑实现了该功能 ， 如图 4所示。如果有摇台， 则其抬 起 到位传感 器 的开逻辑 也一并 串人该 行 。将 操车完 成继 电 器的常开节 点 串 人绞 车 运行 电路 提升 信号 电路 中 ， 即 可 实 现 操 车 完 成 与 绞 车 开 动 的 闭 锁 功能 。 l 井门关左前阻车器关 右井门关右阻车 器关 操车完成 l 联动钮传感 器 传感器 传感器 传感 器 继 电器 H H H H H卜_ _ I 图 4 操 车完成与绞车运行 闭锁功能 的实现示意图 4 安全 门 、 阻 车器动作 的闭锁 在进入操车工作状态时， 要求安全门、 阻车器、 摇 台动作实 现闭锁 。安全 门与 阻车器之 间 的闭锁关 系 安 全 门打 开后 ， 阻车 器方能 打开 ； 阻 车器关 闭后 ， 安全门方能关闭。图 5中， 右罐笼到位 ， 驱动右操车 动作， 只有在安全门开到位、 传感器接通、 对应程序 中的常开节点闭合 ， 阻车器才可能打开； 阻车器关到 位后 ， 常开节 点 闭合 ， 安 全门关 动作才可 能开始 。 信号停 I E 右井门开 右罐到 一 图 5 操车安全 门、 阻车器动作闭锁功能的实现示意图 4 结 语 在原操车系统可用设备的基础 上， 用 S 7 ～2 0 0 系列 P L C取代继电器控制 ， 原来体积庞大的继电器 线 路 变 为体 积 很 小 的 P I C， 减 小 、 简 化 了控 制 系 统 的结构 ； 在 电控 系统 软件 中设 计 了闭锁 电路 ， 操车 工 按 要求触 发控制 面 板 上 的相 应按 钮 即可 完成 工作 ， 降低 了操 作 的难 度 ， 避 免 了误 操作 ， 提高 了系统 的安 维普资讯 第 3期 2 0 0 8年 6月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a n d M i ne Au t oma t i o n NO ． 3 J u n ．2 0 0 8 文章编 号 1 6 7 l 一2 5 1 X 2 0 0 8 0 3 0 1 2 1 0 2 高效率矿灯的设计 孙 西瑞 ， 李英 健 山东 科技 大学 泰安 校 区 机 电工程 系 ， 山东 泰安2 7 1 0 1 9 摘要 针对 目前煤矿矿灯存在的问题 ， 研制 了一种基于镍 氢电池的节能型矿灯， 介绍了该矿灯 L E D光源 的特 点 、 电池节 能原理及 电路 的 实现 方法 。该矿 灯 实现 了低 功耗 和 高效 率 ， 具 有 电路 简 单 、 安 装 和调 试 方便 及体 积小 、 功能 强等特 点 。 关 键词 矿灯 ；镍 氢 电池 ；L E D 光源 ；节能 中图分 类号 T D6 2 1 文献标 识 码 B 0 引言 目前 ， 煤 矿所用 的矿 灯大 多是铅 酸 电池矿 灯 ， 其 最 大缺点 是 蓄电池 与矿灯 头 容易碰 撞 、 易摔破 ， 因电 缆 破皮 、 扯断等 现象 而产 生 电火 花 ， 继而 引发 瓦斯爆 炸 事故 。为 此 ， 研 究 人 员 研 制 出 了 以 镍 氢 电池 和 L E D光源 为主 的矿灯 。该 矿灯 在 安 全性 、 易 用 性 等 方面与采用白炽灯 的矿灯相比都有较大改进， 但还 存 在着一 些需 要 解 决 的 问题 1 由于镍 氢 电 池 的 内阻很小 ， 一旦 短路 ， 短路 电流很大 ， 不仅 损坏 电池 ， 影响电池寿命 ， 而且产生 的火花在井下易引起瓦斯 爆 炸 ； 2 镍 氢 电池 的放 电电压 范 围宽 ， 本 文用 3节 4 0 0 0 mA h 的镍氢电池组 为例 ， 刚充满电后的 电 池 电压 约为 4 ． 3 5 V， 到放 电结束 时 电压约 为 2 ． 7 V， 在 3 ． 6 V左右时放电时间最长 ， 若直接给 L E D光源 供 电， 由于使 用 初 期 电 池 电 压 太 高 ， 也 会 影 响 L E D 的使用寿命 ； 3 电池 过放电会影 响电池 的寿命 。 为 了解决 上述 问题 ， 本文 提 出 了一个 改 进方案 ， 通 过 收稿 日期 2 0 0 7 1 2 2 1 作者简介 孙西瑞 1 9 7 0 一 ， 讲 师， 现主要从 事电子信 息技术 的 教学和科研工作， 已发表论文 4篇 。 该方案的实现 ， 使设计的矿灯具有低功耗 、 低成本、 电路简单、 体积小的特点 。 1矿灯 的 总体 设计 本设计主要由低功耗开关 电源、 电源电压检测 及 控制 、 过 电流 检 测 及 控 制 、 L E D光 源 4个 部 分 组 成 ， 如 图 1所示 。 图 1矿 灯 组 成 框 图 1 ． 1 I ED 光 源 L E D是 电流 驱动 型元 件 ， 工作 电流 与 电压及 发 光效 率呈 线性 关 系 ， 即工作 电流 越 大 ， 电压越 高 ， 发 光 效率 也越 高 ， 但 超 出额定工 作 电流将缩 短 L E D 寿 命 。图 2是某型号功率为 1 W 的 L E D工作 电压和 电流关系曲线 ， 当电压 自 3 ． 1 7 V升高到 3 ． 4 5 V 额 定 工作 电 压 时 ， 电 流 变 化 达 3 0 0 mA， 变 化 率 为 全性 ； P L C内部 程序 可 以根 据 实 际要 求 进 行适 当调 整， 提高了系统的柔性 ， 使系统具备了对现场环境变 换 的适 应 能力 。该 系统 已用 于多 个煤 矿 副井操 车系 统 的改造更 新 中 ， 实 际运 行 表 明 ， 该 系统 性 能 稳 定 、 可靠， 满足了煤矿安全生产、 运输的要求 ， 对现代化 矿山的安全运行和高效率生产具有较大的推动力。 参考文献 [ 1 ] 王延林 ， 张继伟 ， 李 淑娟 ， 等．超化煤 矿副井 提升操 车 系统技术改造[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 5 6 1 o 3 ～1 0 4 ． [ 2 ] 陆永耕． 煤矿井 口操车控制系统 的设计 [ J 1 ． 煤 矿安 全， 2 0 0 1 ， 3 2 1 2 O ～ 2 1 ． [ 3 ] 赵巧芝， 李林强． 济宁二号煤矿副井操车系统改造[ J ] ． 煤矿现代化， 2 0 0 4 3 5 4 5 5 ． 维普资讯