一种矿井斜巷运输监控系统的防跑车设计.pdf

工业控制计算机２００８年２１卷第１１期 摘要 斜井防跑车装置是斜井运输中必不可少的安全设施之一， 设计了一种在煤矿生产中已得到应用的斜井防跑车装置，并 描述了其原理、工作过程、软件结构和人机界面设计。 关键词防跑车装置，斜井，ＰＬＣ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｎｉｔ－ｃａｒ－ｒｕｎｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ａ ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅ ｓａｆｅｔｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎ ｌａｎｅ ｗａｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓａｎｉｔ－ｃａｒ－ｒｕｎｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ,ｉｎｃｌｕｄｅｄ－ｓｈａｆｔ,ＰＬＣ 斜井运输是煤矿运输的重要一环， 斜井跑车是煤矿中较为 常见的事故。 目前，煤矿使用的防跑车装置种类较多，煤矿中广 泛使用的撞动式防跑车装置、雷达防跑车装置、柔式防跑车装置 和电动防跑车装置等。 根据本系统的实际需要，我们选择柔式防跑车装置。 柔式防 跑车装置是一种常闭型装置， 此装置的优点是可靠性好， 采用 ＰＬＣ控制，显示屏能够及时准确地反映情况。装置使用柔性的挡 车装置，恢复运行方便。 １系统采用的挡车装置概述 挡车装置具有脱扣机构、传感器、主控箱、滑轮、提升机、语 音报警显示屏，吸能器和柔性挡车栏组成。 平时正常情况下，挡 车栏处于常闭状态。 当绞车启动正常运行时， 矿车到达设定位 置，挡车栏自动升起，矿车通过后，挡车栏自动下落。 当矿车超速 时，挡车栏对跑车进行可靠的阻拦，避免事故的发生。 ２挡车装置工作原理 采用旋转编码器作为测距传感器，ＰＬＣ作为控制核心，绞车 房主控ＰＬＣ对编码器发出的脉冲进行计数，ＰＬＣ根据计数的结 果转换为绞车的旋转角度和旋转方向， 从而判断出矿车现在的 位置和运行方向。 当检测出车矿的位置在某一道挡车栏预定提 升点时， 主控ＰＬＣ发出上提指令给该挡车栏信号的控制箱，控 制提升电机开始提升挡车栏； 当检测出矿车的位置运行到该挡 车栏设定的下降点提升点时，主控ＰＬＣ发出下降指令给该挡车 栏信号的控制箱， 控制提升电机开始下放挡车栏。 当发生跑车 时，矿车撞击挡车栏，脱扣器开口销受剪切力切断，脱扣器内传 感器动作，主控ＰＬＣ接收到这一传感器信号，发出报警保护命 令，绞车安全回路断开，各道挡车栏均处于下放到位状态，有效 地防止了矿车冲出斜巷造成更大的事故。 ３挡车装置工作过程 矿车下行 本装置接通电源， 绞车启动， 矿车开始下行到 ＰＬＣ内部计数器第一设定值发出升栏信号，电机启动，挡车栏升 起，矿车放行，语言箱挡车栏上１指示灯亮，挡车栏下１指示灯 灭。 当矿车到达第二设定值时，发出降栏信号，电机启动，栏下 放，语言箱挡车栏下１指示灯亮，挡车栏上１指示灯火。 矿车到 达下车场，绞车停转。 矿车上行绞车启动，矿车运行到第二设定值位置时，挡车 栏１升起，矿车通过，到达第一设定位置时，挡车栏１下放，到达 上停车场后绞车停转，整个装置又恢复到准备开车状态。 车运行过程中发生跑车事故，矿车撞击挡车栏，脱扣器发出 报警信号，语言箱发出报警及指示，绞车停转，解除报警故障后， 按故障复位按钮后继续进行。 ３档车装置安装 安装示意图如图１所示。 图１防跑车装置安装示意图 １）主控箱是本系统控制外部执行机构部件，高压危险，安 装在提升机附近的巷道顶部不易被车碰坏的无滴水的地方，而 且主机必须接地良好。 ２）车栏限位传感器、脱扣器传感器、提升机传感器、绞车传 感器挡车栏限位器安装在提升电机底板上，为了确保挡车栏上 提到位，发出正确信号使提升机停转，挡车栏限位传感器安装在 限位器支架上为保证矿车被挡车拦挡住，传感器正确发出报警 信号，脱扣器传感器安装在脱扣器中， 脱扣器传感器接线完毕 后，信号控制箱上电，则箱内ＰＬＣ对应输入端信号指示灯应亮 或者传感器出线端亮为了检测发出信号后电机能否工作，需安 装提升机传感器，磁钢安装在减速器轮子上，传感器前端面与磁 钢平行距离不能大于５ｍｍ，提升机传感器接线完毕后，信号控 制箱上电， 人工转动电机使磁钢对准传感器探头， 则箱内ＰＬＣ 对应输入端信号指示灯应亮或者传感器出线端指示灯亮 为了 检测绞车开动后旋转编码器是否工作，需安装绞车传感器，磁钢 安装在绞车轮子上， 传感器前端面与磁钢平行距离不能大于 ５ｍｍ。 绞车传感器接线完毕后，信号控制箱上电，使磁铡对准传 感器探头，则箱内ＰＬＣ对应输入端信号指示灯应常亮或者传感 器出线端指不灯亮。 ３）为了检测矿车上提、下放距离，故编码器安装在绞车轮 上。 先把耦合器穿到轴上， 固定旋转编码器，固定祸合器，再连 接电源输出线、输入线，最后检查电源，投入输出。 ４）挡车栏挡车栏与吸能器之间的距离大于３．５ｍ，挡车栏 一种矿井斜巷运输监控系统的防跑车设计 郑禹（安徽建筑工业学院机电系，安徽 合肥２３０６０１） 陆鹏程（中国电子科技集团第３８所系统一部，安徽 合肥２３００３１） 85 一种矿井斜巷运输监控系统的防跑车设计 （上接第８４页） 本测距系统软件包括初始化程序、 发射子程序、 定时子程 序、计算子程序、温度采集子程序和显示子程序等。 系统在完成 初始化工作以后， 调用发射程序控制发射驱动电路连续发射十 个超声波脉冲， 并在同时打开单片机内部记时器Ｔ０和Ｔ１开始 记时。 首先并不打开外部中断ＩＮＴ０，因为发射传感器和接收传 感器之间存在串扰问题， 发射的超声波直接串入接收传感器导 致错误的测量的结果，这个串扰时间一般约为２ｍｓ，即决定本测 距系统的盲区约为３０ｃｍ，在这段时间内关闭外部中断ＩＮＴＯ不 停止记时避免串扰的错误影响。Ｔ１每溢出一次即通过查表改变 自动增益控制（ＡＧＣ）前置放大器的增益使回波信号放大后幅度 基本保持不变。 当检测到回波信号包络峰值点时，触发外部中断 ＩＮＴ０停止Ｔ０记时。 调用温度采集子程序测量实时温度对超声 波传播速度进行修正， 然后进入计算子程序根据实时声速进行 计算得到传播距离，最后调用显示子程序将测量结果显示出来。 具体程序流程如图５所示。 ４结束语 在超声波测距中，如何有效测量超声波传播时间是提高超声 波测量精度的关键。 本文在分析回波包络形状的基础上，以对回 波包络峰值点的测量取代对回波到达前沿的直接测量，对回波信 号进行自动增益控制（ＡＧＣ）放大处理以保证回波信号幅度基本 不变以利用后级测量，设计精确的包络峰值点检测电路，对超声 波传播速度进行实时温度补偿，取得了良好的效果。 在实验室环 境下，两米测量范围内，测量误差最大为０．５％，且测量重复性好， 具有较高的稳定性，有效得提高了超声波测距系统的精度。 参考文献 ［１］童峰，许水源，许天增．一种高精度超声波测距处理方法［Ｊ］．厦门大 学学报（自然科学版），１９９８（４）５０７－５１２ ［２］邵军，孙广荣，宗有泰．新型峰值包络检波器的研究［Ｊ］．电声技术， １９９５（１１）９－１２ ［３］乔秀芳，王正垠．一种新型超声波液位计的开发与研制［Ｊ］．微电子学 与计算机，１９９６（２）２０－２６ ［４］李朝青．单片机原理及接口技术［Ｍ］．３版．北京北京航空航天大学 出版社，２００５ ［５］远坂俊昭．测量电子电路设计滤波器篇［Ｍ］．北京科学出版社， ２００６［收稿日期２００８．５．２９］ 钢丝绳与吸能器用绳卡连接。 悬挂栏的栏钢丝绳中间接脱扣器， 提升挡车栏两根钢丝绳通过两滑轮后并接， 用一根直径为 ６．２ｍｍ钢丝绳连接，再接脱扣器，然后连限位器至提升电机，提 升电机与滑轮距离大于６ｍ，且其间钢丝绳要与巷道平行，确保 挡车栏下放状态悬空离导轨面４００ｍｍ， 挡车栏提升到位后，离 导轨面距离大于２．１ｍ。 ５）吸能器与挡车栏距离大于３．５ｍ，用于承受冲击动能。 ６）提升机安装在距挡车栏的上方６～１０ｍ，固定在巷道中 工字梁口的顶部或中间一侧，以不影响人和物料的通行。 ７）语音控制箱安装在实际操作台前面或旁边，便于司机观 察的地方。 ８）信号控制箱安装在绞车房墙壁上且无滴水地方。 ４系统软件设计 系统的软件结构流程图如图２所示。 初始化后，根据输入信 号的有无进行参数的设置和历史记录查询的相关处理。 接下来进 行实时速度的测量和判断， 如超过设定值则启动本地和远程报 警，同时将速度值存入历史记录之中，否则只将速度值送出显示。 实际系统中考虑到车轮距以及运行方式等多种因素下的抗干扰 和误检测，规定两只测速探头的安装距离为２７ｃｍ，该距离除以矿 车经过两个测速点的时间间隔即得到实际速度。 数码管显示的速 度值即以ｃｍ／ｓ为单位，所以系统能够达到准确度为０．０１ｍ／ｓ的 运行速度值，达到较高的测量精度。 但是由于ＰＬＣ内数据存储器 的容量很有限，从而限制了系统保存历史记录的能力。 图２系统软件框图 ５人机界面设计 为了使对装置的操作变得简单生动， 我们还使用人机界面 实时显示信息和参数，用操作台进行系统控制。 图３挡车装置监控画面 矿车下行时， 挡车装置接通电源， 矿车开始下行挡车装置 时，发出升栏信号，电机启动，挡车栏升起，矿车放行。 这时人机 界面“挡车栏上１”指示灯亮。 当矿车到达第二设定值时，发出降 栏信号，电机启动，栏下放，这时“挡车栏下２”指示灯亮。 矿车到 达下车场，绞车停转。 矿车上行时，绞车启动，当矿车运行到第二 设定值位置时，挡车栏２升起，这时人机界面“挡车栏上２”指示 灯亮。 矿车通过，到达第一设位置时，挡车栏１下放，人机界面 “挡车栏下１”指示灯亮，到达上停车场后绞车挺转。 挡车装置又 恢复到准备开车状态。 如果矿车运行过程中发生跑车事故，矿车 撞击挡车栏，脱钩器发出报警信号，人机界面“脱钩器”、“报警” 指示灯亮，绞车停转。 “阻车器”显示阻车器是否启动，“矿车行 程”显示矿车的位移。 ６结束语 本文对淮南某煤矿的一种斜井运输监控系统的防跑车装置 进行设计，该装置是利用ＰＬＣ实现的常闭型斜井防跑车自动控制 装置，在实际使用中证明其具有安全可靠、使用维护方便等优点。 参考文献 ［１］谢黎新．一种灵敏可靠的斜井防跑车装置［Ｊ］．煤矿安全，２００２（６） ４３－４６ ［２］李敬兆，王清灵．矿井提升机计算机监控系统［Ｊ］．煤炭科学技术， ２０００（９）３７－３９ ［３］魏巍．矿井斜巷运输综合监控系统［Ｄ］．淮南安徽理工大学，２００６ ［４］冯启高，洪源．ＰＬＣ在斜井防跑车中的应用［Ｊ］．矿山机械，２００５（５） ４５－４６ ［收稿日期２００８．５．３１］ 86