基于PLC控制的副井操车信号系统.pdf

2 0 1 0年第4期 中州煤炭 总第 1 7 2 期 基于 P L C控制 的副井操车信 号系统 周 柱 开 滦 集 团 钱 家 营矿 业分 公 司 ， 河 北 唐 山0 6 3 3 0 1 摘要 副井操 车及信 号系统在整个煤矿 生产 中占有主导地位 ， 其运行 状况 的好坏 ， 直接 影响着整个煤 矿 的产 量。开滦 集 团 钱家 营矿 业分公 司的副井大罐操车 旧信号 系统 已不能满足 提升需求 ， 因而选用 了西 门子公 司 s 7 3 0 0系列 P L C及通信模 块组成控制网络进行技 术改造 。介绍 了改造后新信 号系统 的功 能、 工作原理 以 及 P L C控制在副井提 升和操 车 自动化控制 系统 中的应用情况 。P L C系统的应用 ， 降低 了工人 劳动强度 ， 生 产 效 率 明显 提 高 。 关 键 词 副 井操 车及 信 号 系统 ； P L C控 制 ； 控 制 系统 ； 工 作 原理 中图分 类号 T D 5 3 5 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 0 0 4 0 0 6 4 0 3 开 滦 集 团 钱 家 营矿 井 具 有上 井 口、 一4 5 0 m 和 一 6 0 0 m 三个 提 升 水 平 。副 井 提 升 装 备 了大 、 小 罐 2套提 升系 统 。其 中 ， 大 罐 提 升系 统 的提 升容 器 为单一罐 笼提 升 ， 另 一 侧配 备平 衡 锤 。大 罐操 车原 信号系 统是 2 0世纪 7 O年 代末期 德 国西 门子公 司设 计 的产 品 。对 于集 成 电路 、 单 片机 控 制 的信号 系统 和继电器的提升系统而言， 其电路相当复杂， 故障率 高 ， 维修 时 间较 长 ， 严 重 影 响 到提 升 效 率 ， 而且 增 添 设 备并 网运行 很 不 容易 。 目前 ， 该 产 品 的大部 分 备 件 已不再生产 ， 系统应用的 9 9芯电缆传输信号装置 已无备用 芯线 ， 且 老化 、 故 障多 、 不 安 全 的 现象 逐 渐 显现， 导致大罐操车事故率不断上升。钱家营煤矿 副井大罐 操车 老信 号系统 已经 不能 满足 当前正 常 的 提 升需求 ， 对安 全提 升也 构成 了极大 的威胁 。因此 ， 于 2 0 0 9年 5月对 原操 车信号 系统 进行 了技术 改造 。 1 系统设计 为 了对 整个 改 造 后 的新 系 统进 行 集 中监 测 、 监 控 ， 更方便 地进 行 系统 管 理 ， 提 高 系统 的可 靠 性 ， 选 用 了西 门子 s 7 - 3 0 0系列 P L C及通信模块组成控制 网络 ， 应用 软 件 主要 屉组 态软 件、 实 时监 控软 件 Wi n C C V 6 ． 0 和 编程 软 件 S t e p 7 V 5 ． 4 ， 通 过 上 位机 对信号 及提 升 的各 个位 置进 行实 时监控 。为了 保证 控制 系统 的质 量 ， 降 低 设 备 的维 护 量 ， 从 按钮 、 电源模块 、 接线 端子、 继 电器到 P L C等都采用进 口 收稿 日期 2 0 1 00 1 2 O 作者简介 周 柱 1 9 8 3 一 ， 男 ， 河北滦南 人 ， 助理工 程师 ， 2 0 0 7年 毕业于中国矿业大学 ， 现从 事电气技术工作 。 6 4 器件 ， 应用 2条 3 0芯矿用控制 电缆 ， 分别作为主、 备 用 信号 系统 的传 输 信 号 装 置 电缆 。该 系统 通用 性 、 适 应性 强 ， 能 够完 成各 种控制 任务 ， 能完 成各 种传 感 器工作状态的监测 、 通信 、 现场管理 、 集中监控。集 控 系统 采用 多 台 P L C组成 控 制 系 统 和 数 据 传 输 网 络 ， 可 以组成 不 同 的控 制 规 模 ， 每 一 台 P L C又 可 以 采 用单 独控 制 。 2 系统 组成 副井信号操作系统 由车房显示箱 、 上井 口操车 及信号一体化箱、 上井 口动力配电箱、 井 L j 语音告警 箱 、 下井 口操车及信号一体化箱 、 下井 口隔爆兼本安 控制箱 、 下井 口语音告警箱、 传感器 电缆分线箱 、 各 种 到位传 感器 、 监 控 系 统 等 组成 。车 房显 示 箱 和 上 井 口信号箱为矿用一般型 ， 标志为“ K Y” ； 下井 口信 号 箱 为 矿用 防爆 型 ， 标 志 为 “ MA” ； 车 房 显示 箱 、 上 井 口信号 箱 适 用 于煤 矿地 面 和 无 瓦 斯 煤 尘 爆 炸 危 险 、 有新鲜风流的井底环境下 ， 下井 口信号箱适用于 煤 矿井下 和有 瓦斯煤 尘爆 炸危 险 无新鲜 风流 的井 底 环 境下 ， 用于 提升信 号 指挥 、 监控 显示 和操 车设备 的 控 制 。 3 系统功能 3 ． 1 提 升信 号 系统 1 该系统 的信 号与绞车电控的接 口有 ①启 动回路有闭锁 ， 即信号不发到车房 ， 绞车不能启动 ； ②急停控制； ③提人 分带副站提人 、 不带副站提人 2种 和 提物转 换 。 2 0 1 0年 第 4期 周柱 基 于 P L C控 制的 副 井操 车信 号 系统 总第 1 7 2期 2 具有 提 升信号 的数 字显示 功 能 数 字 “ 2 、 3 、 4 、 5 ” 分别表 示 “ 提物 、 慢 下 、 提人 、 慢上 ” ， 数 字 ⋯ 0’ 表 示停 车 慢 上和 慢下 以大罐 笼为基 准 。 3 提 升指 令 的汉 字 显 示 功 能 全 线 显 示 屏 均 有 “ 检修 、 急停 、 提人 、 提 物 ” 显示 。 4 具 有信 号 记 忆 功 能 ， 能 储 存 前 3次 所 发 信 号 ， 有提 升次 数的 记忆 功能 。 5 有 车房 到各水 平 和各 水平 之 间 的呼 叫 通信 功 能 。 6 具 有 信号 闭锁 功 能 ， 即 当 其 中一 个 信 号发 出后 ， 其 他信 号不能 发 出。 7 急停 报 警 功 能 和 急 停 扩 展 功 能 ， 有 急 停 信 号 与绞车安 全 回路闭锁 的接 口。 8 增 加水 平 信 号 水 平 之 间 的 闭 锁 功 能 ， 当多 水 平提 升时 ， 只有被选 择 的水 平可 发提 升信号 ， 其他 水平 不能 发 出提 升 信号 ， 只能 发 出停 车 信 号 和 急停 信号 。 9 信号 与开 车 回路 的闭 锁 功 能 ， 即信 号 不 发 到车房 ， 绞车不 能启动 。 1 0 水 平 安 全 设 施 与 信 号 的 闭 锁 功 能 ， 即井 门、 摇台等井口安全设施不到位 ， 信号不能发出。 1 1 与信号显示相同次数 的打点音 响报警功 能。如当信号“ 2 ” 发出后， 有 自动的 2次打点音响。 1 2 P L C对本信 号 系统 自动 扫描检 测功 能 。 1 3 有 主 、 备用 2套 信号 系 统 。备用 信 号一 般 在主信 号损坏情 况 下做 应 急信 号 使用 当主 信 号 出 现问题 时 ， 断 开主信号 电源 开关 ， 投入备 用信 号电源 即可使用 ， 备 用信号 有和绞 车的 接 口。 1 4 具 有车 房直通 井 口 、 井 口直 通井 下 水 平 的 双工扩 音通信 功能 。 1 5 有与操 车 电控 系统 闭锁 的接 口功 能 。 1 6 语 音安 全告 警 功 能 。提 人 时 ， 信 号 工 发 } } { 开车信 号后 ， 语音告警 装置 的 L E D屏 “ 信号 发 出 ， 严 禁 上罐 ” 显示字 符亮 ， 并 伴 有相 同的语 音 告警 ， 延 时 一 段 时间后 ， 声 音停 止 ， 字 符显示 仍然保 持 。当停 止 信 号发 出后 ， 字符显示 消失 ， 为下 一次提 升做 准备 。 1 7 有与计 算机联 网 的 R S - d 2 2接 口。 3 ． 2 操 车信 号 系统 1 该系 统包 括 提 升信 号 和上 、 下 井 口操 车 电 控 部分 。具有 独立 的主 、 备 用信 号和操 车 电控 控制 。 2 提人时 要具有 带 副站 和 不带 副 站 2种 操作 方式 ， 2种 方 式 间要 有 闭锁 ； 使 用 带 副 站 提 人 方 式 时 ， 当副站没 有发 出准备好 信号 时 ， 主站 不 能发 出信 号 ， 由主站信号 工 消除“ 副 站准备 好” 信 号 。 3 各 水平 南北码 、 主副 站都 要 有急 停 信 号 ， 且 有与绞 车 的安 全 回路闭锁 的接 口。罐 笼所在 水平 的 提升、 停车和急停信号直接发向绞车房。急停信号 发 出后 ， 要求声、 光兼备且应保 留； 在上位机上能分 辨哪里发 出的急停信号。必须待问题处理完毕 ， 按 下车房 “ 急 停 复位 ” 钮 后 ， 才 能 再 次 发 出 提 升信 号 。 否则 ， “ 急停 复位 ” 也 不能走 罐 。 4 一 4 5 0 m及 一6 0 0 m信号操作 台。①显示 该水平信号状态。②显示提升类别。③主操作台上 要有各层各面的准备好显示。④有该水平操车电控 设备及传感器故障检测及显示。⑤一种提升方式对 应相应 的按钮。⑥有车房、 上井 口急停显示。⑦有 电源指示灯。⑧设一闭锁开关 ， 该开关处于闭锁位 置时 ， 操车不能动作 ， 信号不能发出。⑨罐笼到位 、 井 门 、 摇 台及 开闭器状 态在 主操作 台上 有显示 。 5 上 井 口信 号 操作 台。提 升类 别 的选 择 南罐 笼 所在水 平 的主信 号工通 过操作 台 的转 换开关 来完 成 ， 并 在 各处 显 示屏 显 示 。提升 类 别 为提 人 、 提 物 、 检修。在满足 一 4 5 0 m或 一 6 0 0 m信号操作 台要求 的前提 下 ， 有 一 4 5 0 m或 一 6 0 0 m信 号状 态显示 。 6 车房信号箱。①有上井 口信号状态显示。 ②其他与 一 4 5 0 m及 一 6 0 0 m信号操作台相同。 7 井 门 、 摇 台 、 开 闭器要 有 双重 检测 硬 件 与双 重软件判 断 。 8 操车 电控操 作方 式有 手 动 、 自动 2种 ， 受程 序闭锁 限制 。 9 操车 电控 程 序 闭 锁 。① 提 物 时 罐 笼 到 位 并发出停车信号后 ， 井 门方可打开 ， 摇 台落下， 前阻 车器 和开闭器 打开 ， 推 车机 方 可操 作 ； 装 车 完毕 ， 前 阻车器 和开 闭器关 闭 ， 摇 台抬 起 ， 井 门关 闭 ， 方 可 发 提升信号。②提人时 罐笼到位并发出停车信号后 ， 井 门方 可打 开 ， 摇 台落下 ， 前后 阻车器 和开 闭器及推 车机 不可动 作 。 1 0 有罐 笼到位 的显示 功能 。 3 ． 3 P LC 配置 P L C配置 如图 1 所 示 。 3 ． 4监控 系统 该 系 统 采 用 实 时 监 控 软 件 S I MA T I C Wi n C C Wi n d o w s C o n t r o l C e n t e r ， 规模 大 ， 技 术 先进 。通 过 对其利用 、 开发 ， 可以形象、 直观、 准确地显示提升信 号 、 装 卸载 机 电设备 的动 态 控制 过 程 。可 通 过设 备 状态 检测 功能对设 备 故障进行 判断 、 分析 ， 缩小 故障 65 2 0 1 0年第4期 中州煤炭 总第 1 7 2期 查找范围， 提高工作效率。 进人 监 控 系统 主 画 面后 ， 可选 择 进 入 车房 显示 界面， 在车房界面上可监控急停 、 检修 、 提物 、 水平选 择显示、 提人勾数、 提物勾数 、 信号记忆等 ， 还有勾数 复位按钮。当信号从某一水平发 到车房后， 在监控 界 面将数码 显示 发上来 的信 号 ， 如 图 2所 示 。 图 1 P LC 配 置 图 2车 房 监 控 画 面 选择 上 井 口设 备 监控 时 ， 可 清 晰地 看 到 上井 口 的信号与操车系统 的各个设备 图 3 ， 其他水平的 监 控也如 此 。 此外 ， 还有传感器动作状态及故障解锁 、 信号记 录等一些监控和报警画面。在传感器动作状态及故 障解 锁监 控 画面 中 ， 罐笼 的运行 状况 、 各部 位传 感器 动作 状态 、 急停 显示 以及 各 水 平操 作 台的 操 车 闭锁 钮状 态 ， 都 可通 过 该 监 控 画 面清 楚 地 获得 。如果 罐 笼在运行途中遇到“ 提升信号消除” 情况时， 用 鼠标 单击某一水平的“ 罐到位闭锁 ” 按钮 ， 由车房进行解 锁 ， 则 该水 平罐 笼到 位指示 灯亮 ， 随后 该水 平信 号工 可进行相应的操车操作 ， 即可重新获得 提升信号。 另外 ， 在传 感器 出现 问题时 ， 各水 平操 车 的传 感器 闭 锁状 态也可 通过 上 位 机进 行 临 时 解 锁 ， 节 省 了处 理 事故 的时 间。 图 3上 井 口监 控 画 面 4 结 语 P L C的基本 免 维护 性 ， 使 工 人 从 以前 集 成 电路 繁琐 的检修 、 维 护 中解脱 出来 ， 生 产 效 率 明 显提 高 。 由于采用 的 P L C是 统 一 型 号 ， 故 摆 脱 了 以单 片机 、 集成电路控制为主的生产厂家备品备件独家提供的 被动局面， 降低 了维护成本 。该操车信号系统的技 术 改造 ， 保证 了大 罐操车 的正 常运 转 ， 节 省 了处理事 故 的时 间 ； 更重 要 的 是 ， 消 除 了 提人 、 提 料 时 所带 来 的不安全隐患 ， 保障了安全生产， 满足了正常的提升 需求 。 责任 编辑 刘欢 欢 上 接 第 6 3页 5 结 语 1 合理 选 择 过 断层 方 法 是 通 过 断层 的关 键 。 由此 ， 综采工作面在通过大的构造前 ， 矿总工程师要 组织各 专业 包括生 产 、 开掘 、 地测 、 通 风 、 企管 等相关 部 门精 心研究 ， 通 过技术 分 析和成本 测算 ， 选 择合理 的通过 构造方 案 。 2 大倾角 综采 工作 面 回采 前 必 须编 制 切合 实 6 6 际的工作面防坠、 滚矸伤人专项措施 ， 现场安全防护 必须 到位 。 3 在 劳 动组 织 上 从 上 到 下要 统 一 思 想 ， 做 好 打硬仗的准备 ， 在执行中不打折扣 ， 落实措施不 留偏 差 。 4 断 层 下 盘 托 顶 煤 段 铺 设 人 工 假 顶 质 量 可 靠 ， 网下顺 上 圆木上 齐 ， 最 大 限度 防止 顶煤 垮 落 。工 作 面要 准备 足够 物料 ， 以备 顶板 大 面积 冒顶 用 。 责任 编辑 刘光雨