矿井轨道斜巷人车安全闭锁装置的研究.pdf

第 1 期 2 0 0 9 年 1 月 工矿 自 动化 I n dus t r y an d M i ne Aut oma t i on N0 ． 1 J a n ．20 0 9 文章编 号 1 6 7 1 2 5 I X 2 0 0 9 0 1 0 0 6 9 0 3 矿井轨道斜巷入车安全闭锁装置的研究 侯 宇 刚 淄博矿业集 团许厂煤矿 ， 山东 济宁 2 7 2 0 7 3 摘要 文章介绍 了一种新型矿井轨道斜巷人车安全闭锁装置的设计方案 ， 阐述 了该装置的功能及结构组 成 ， 给 出 了主／ 分控 制 箱设计 及通 信功 能 的 实现 。该 装 置能 够 实现 人 车安 全 闭锁 ， 实 时检 测巷 道 内人 员数 量 、 位置及 出入方向 ， 并具有声光报警及特殊情 况处理功能。实际应用表 明， 该装置性能稳定， 具有一定的推 广 价 值 。 关键词 矿 井；轨道斜巷 ；安全闭锁 ； 人 员检测 ；声光报警；P L C 中 图分 类 号 T D 5 2 4 ． 2 文献标 识码 B 0引言 当前 ， 我 国煤 矿 中还有 很 多 以斜 巷 轨 道 运 输为 主要 提升 方式 的 中小 型 煤 矿 ， 大 型 矿 井 也 有很 多轨 道运 输 斜 巷 。 随 着 煤 矿 生 产 自动 化 水 平 的不 断 提 收稿 日期 2 0 0 8 0 8 0 1 作者简 介 侯宇刚 1 9 6 7 一 ， 男 ， 工程硕士 ， 高级 工程师 ， 1 9 8 8年 毕业于 山东科技大学电气 自动化专业 ， 现任 淄博矿业 集 团许 厂煤矿 矿长 ， 已发表文章二十余篇。E ma i l z h a o z h e n g f 1 2 6 ． c o m 高 ， 斜巷轨道运输状况 已经有了很大的改善 ， 但总体 来说仍不容乐观 ， 人员伤亡事故仍时有发生 。 煤矿 安全 规 程 规 定 斜 井 提升 时严禁 蹬 钩 、 行 人 ， 需对绞 车启动控制回路实现电气 闭锁 。为此 ， 本文针对许 厂煤矿轨道运输斜巷 的实际情况 ， 设计 了一种新型 的井下轨道斜巷 运输安全 闭锁装 置 。该装 置成本 低 ， 能 够实 时监 测斜 巷 内人员 数量 和分 布 区域 ， 并 实 现对绞车控制系统的闭锁， 真正做到了行人不行车、 行 车不 行 人 。 学 出 版社 ， 2 0 0 3 ． 邬宽 明． C AN 总 线原 理 和应 用 系 统设 计 r - M] ． 北 京 北京航空航天大学 出版社 ， 1 9 9 6 ． CENA G ，VALENZANO A．Ef f c i e n t I mpl e me nt a t i on o f S e ma p h o r e s i n C o n t r o l l e r A r e a Ne t w o r k s[ J ] ． I E E E Tr a n s a c t i o n s o n I n d u s t r i a l El e c t r o n i c s ， 1 9 9 9， 2 5 7 2 O～ 2 4． 阳宪惠． 现场总线技 术及 其应 用 I- M] ． 北京 清华 大学 出版 社 ， 1 9 9 9 ． 陈扬 ， 刘曙生 ， 龙志 强． 基 于 C A ,N 总 线 的数 据通 信 系统研究 I- J ] ． 测控 技术 ， 2 0 0 0 ， 1 9 1 0 5 3 5 5 ． 刘志超． 现场总线技术在控制网络 中的应 用_ J ] ． 黑龙 江 电力 ， 2 0 0 0 ， 2 2 1 6 0 ～ 6 2 ． 饶运 涛 ， 邹继 军 ， 郑勇 芸． 现 场总 线 C AN 原理 与应 用 技术 E M] ． 北 京 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ， 2 0 0 3 1 5 5～ 1 63 ． 李正军． 现场总线及其 应用 技术 [ M] ． 北 京 机 械工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． 史久根． C AN现场总线 系统设计技 术L M] ． 北京 国防 工 业 出 版 社 ， 2 0 0 4 ． ] ] ] ] ] ] ] ] 嘲 嘲 嘲 嘲 嘲 7 O 工矿 自动化 2 0 0 9年 1月 1 技术 方案 1 ． 1 装 置功 能 矿 井 轨 道 斜 巷 人 车 安 全 闭 锁 装 置 可 实 现 以下 功 能 1 准确 测 定 巷 道 中 的人 员 数 量 能够 判 断 人 员 的进 出状态 ， 将不 同 出入 口处 检 测 到 的人 员 信 息 进行统计 ， 确保准确记录当前 时刻巷道内的人员总 数 。 2 确 定人 员 进 出巷 道 口位 置 当有 人 员 出入 巷道时， 主控制箱能够显示该人员所经过 的巷道 口 位 置 ， 并 显示 其 出入方 向 。 3 实 现人 车 闭 锁 主控 制 箱 与 绞 车 控制 系统 建 立安 全闭锁 关 系 。 4 具备特殊情况处理功能 通过主控制箱 的 闭锁 功 能旋钮 ， 对是 否 与 绞 车 控制 系统 闭 锁进 行 选 择。在检修等特殊情况下 ， 可取 消与绞车控制系统 的闭锁 。在确保 巷 道 内没 有 人 后 ， 通 过 主 控制 箱 的 复位 功能按 钮将 人 员数 据 清 零 ， 并 在 选 择 与绞 车 控 制 系统 的闭锁 功能后 ， 装 置进入 正 常运行 状态 。 1 ． 2 装 置组成 该装置由主控制箱、 分控制箱、 巷道进出口人员 检测装置 、 声光报警器等部分组成。整个装置采用 单元模 块化 设计 ， 主要 包括 人员 检测传 感器 模块 、 控 制箱模 块 、 声 光报 警模 块 3 个 部 分 ， 如 图 1 所 示 。 图 1 矿井轨道斜巷人车安全闭锁装置结构图 1 人员检测传感器模块 该模块 由固定支架及传感器组成 ， 负责进出人 员信号的采集 ， 并将信号传送至分控制箱的控制器。 人员检测传感器选用被动式红外探测器中的红外光 电开关 ， 在传感器的布置上， 其高度需满足出入人员 身高 的要求， 发送和接收传感器 的距离应能使行人 顺利通过 ， 且 2对传感器之间信号互不干扰 。 2 控 制箱模 块 该模块由主控制箱及分控制箱组成。主控制箱 即检测主站 ， 负责人 员信息 的统计 、 安全闭锁的控 制 、 声光报警信息的处理 ， 将各分控制箱发送来的人 员数量信息进行统计 ， 并 以此来确定安全闭锁 的控 制信号 ； 采集绞车开停信息， 并以此 向各分控制箱发 送声光报警信息； 显示统计 的巷道内人员数量 ， 并在 有人 出入巷道时 ， 语音提示绞车操作人员 。分控制 箱即检测分站 ， 负责人员检测信号的处理、 信息的传 送以及报警信号的控制等 。分控制箱将人员检测传 感器送来的信号进行处理 ， 判断出人员出入方向， 并 统计出入人员数量； 人员出入动作完成后， 将人数信 息通过总线传送至绞车房 内的主控制箱 ； 根据主控 制箱发送的命令 ， 完成声光报警信号的解析及 声光 报 警控 制 。 3 声 光报警 模块 该模块负责声音 、 灯光报警信号的发 出 当接 收到控制箱的开始报警信号时， 报警器将在巷道 内 发 出“ 正 在行 车 ， 严禁 行人 ” 的语 音提 示 ， 同时警 示牌 上显示“ 正在行车 ， 严禁行人” 的醒 目警示信息 ； 当接 收到控制箱的停止报警信号时， 报警器停止语音报 警 ， 警示牌 显示 绿 色 的 行人 图案 。声 光 报警 模 块 采 用 AT8 9 S 5 2单片机和 L E D数码管组成的显示装置 以及 高 性 能 语 音 录 放 模 块 实 现 显 示 和 语 音 报 警 功 能 。 2分控 制箱设 计 分控制 箱 检测 分 站 采 用 性 能 可靠 、 运 行 稳 定 的 S 7 2 0 0系列 P L C作 为 中央处 理器 ， 负责数 据 采 集 、 逻辑控制及远程通信。 分控制箱包括 4个人员检测传感器输入端 口、 1 个绞车运行状态输入端 口、 1个 复 位按 钮输 入 端 口、 1个灯光输出端 口、 1个语音输出端 口、 1个绞车 闭锁控 制输 出端 口以及 2个 声 光 报 警 模 块 联 络端 口， 相对应的 P L C各端 口定义如表 1所示 未使 用 I ／ O 口备 用 。 3主控制 箱设计 主控制 箱 检 测 主站 具 备 连接 分 控制 箱 的 RS 4 8 5通信接 口、 采集绞车开停信号的输入接 口、 发 送闭锁信号 的输出接 口以及连接声光报警装置 的 RS 2 3 2通信接 口。主控制箱也选用 S 7 2 0 0系列 P L C为中央处理器 ， 其具体型号为 C P U2 2 4 XP AC ／ DC／ 继 电器 。 2 0 0 9年 第 1 期 侯 宇刚 矿 井轨 道斜巷 人 车安 全 闭锁装 置 的研 究 7 1 表 1 P L C各端 口定义表 用 途 检测 1 左输人 检测 1 右输入 检测 2左输入 检测 2右输入 绞车运行状态输入 复位按钮输入 灯光输出 语音输出 绞车闭锁控制输 出 加 1脉冲输 出 减 1 脉 冲输 出 3 ． 1主控 制箱 与各 分控制 箱 的连接 整个 装 置 只有 1个 主 控 制箱 ， 放 在 绞 车 控制 室 内， 其余均为分控制箱 ， 放在各个出入 口。主控制箱 与分控 制箱之 间通 过 MHY3 2型矿用通信 电缆连 接 。 由于 S 7 2 0 0系列 P L C的 编 程 口可 靠 传 输 距 离仅 为 5 0 1 T I ， 而煤 矿 轨道下 山斜 巷 总长 为 9 6 0 m 1 0 0 r l l 一 1 0 6 0 m， 2个 出 入 口 间 的 最 大 距 离 为 5 3 0 1 “1 3 ． 。 因此 ， 每 个 主／ 分 控 制 箱 配 置 1个 北 京 捷 瑞 生 产 的 J AR A2 1 0 8 D 型 R S 4 8 5信 号 中继 器 ， 并 采 用 如图 2所示 的串联 网络结构， 以增加通信距离及便 于 接 入 新 的 分 控 制 箱 。J AR A 2 1 o 8 中 继 器 在 9 6 0 0 b p s 速率下 的可靠传输距 离可达 2 0 0 0 m 以上 。 站 ⋯站 图 2通 信 网 络 结 构 图 3 ． 2 主控 制 箱与声 光报 警模 块通信 功 能 的 实现 主控制箱不仅要完成与各个分控制箱的通信 ， 还要完成 与声光报警 模块 的通 信 ， 即与 AT8 9 S 5 2 单片机的通信 。 s 7 2 0 0支持 多种 通信 模 式， 如 点对 点接 口 P P I 、 多点接口 MP I 、 P r o f i b u s 、 自由口等。在 自由口 通信模式下 ， 用户可利用梯形 图程序 中的接收完成 中断 、 发 送 中断 、 发送 指令 和接 收指 令 ， 实现 P L C与 单片机的通信 。因此 ， 该装置利用 S 7 2 0 0的 自由 口通信方式完成 与单片 机的交互 ， 其 P L C端程序 流程 如 图 3所示 。 实现P L C与单片机通信 的单片机端程序 包括 开始主程序 二工二 第一次扫描， 调用子程序 0 ， ， 有人员、 J N 结束主程序 图 3 实现 P L C与单片机通信的 P L C端程序流程 图 串行 口的初始 化 和 串 口中 断 2个 部 分 ， 其 程 序 流程 如 图 4所 示 。 f 开始中断 子程序1 【 初始化子程序】 接收人 数信息l 开放串口中 断、 设置T 1 工作方式、设置波特率、 接收巷道口 信息 l 启动T l 工作 N 图 4 实 现 P L C与单片机通信 的单 片机端程 序流程图 4 结语 本 文介 绍 的矿井 轨 道斜巷 人 车安全 闭锁装置 能 够 实现 巷道 内人 车 安 全 闭 锁 ， 准 确 检测 出巷 道 中的 人员 实 时数 量 、 人 员 进 出巷 道 口位 置 以及 人 员 行走 的方 向 ， 具 备 特殊情 况 处理 功能 。 目前 ， 该 装置 已在 许厂煤矿 4 3 0轨道下山投入运行 ， 性能稳定 ， 提高了 轨道 下 山运输 的安 全 性 和 可 靠 性 ， 具 有 较好 的推 广 应 用价 值 。 参考文献 E l i 徐德．可编程序控制器 P L C 应 用技 术[ M] ．济南 山东科学技术 出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 2 ] 栾桂冬 ， 张金铎 ， 金欢 阳．传感器及其应用[ M] ．西安 西安 电子科技大学 出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 3 ] 古锋 ， 吕 现 ， 孙 国强．斜巷运输 人车安全监 控防护 系统在 矿 井 安 全 运 输 中 的 应 用 [ J ] ．煤 矿 现 代 化 ， 2 0 0 7 1 2 5 ～ 2 6 ． [ 4 ] 李树维 ．P L C原理 与 应用 [ M] ．北京 北 京航 空航 天 大学 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 5 ] 徐 昌荣 ， 吕卫 阳．P L C工程应 用实例 解析[ M] ．北京 中国电力出版社 ， 2 0 0 7 ． 一 设 一 O 1 2 3 4 5 O 1 2 3 4 叽