三菱PLC在井口信号系统技术升级上的应用

张帅军

摘 要：唐山矿八号井井口信号系统原来采用接触器做为控制核心，存在着线路复杂，功能单一，故障率高和操作电压高等缺点，并且由于接触器本身的问题（剩磁、触头粘连、寄生回路），非常容易发生信号误发出的事故，另外各信号之间无法有效闭锁，存在严重的安全隐患，对人员和设备的安全造成较大的威胁。可编程逻辑控制器（PLC）是近几年迅速发展起来的新型控制设备，它是以微处理器为基础的高度集成化的工业控制装置，是计算机技术与工业控制技术相结合的产物，代表了工业自动化领域的发展方向。它的主要特点有：编程简单、维护方便、接线简单、可靠性高、抗干扰能力强、施工周期短，通信功能强等优点。如果将PLC作为信号系统的控制核心，充分利用其系统工作电压低（DC24V），可靠性高（自身带自检功能）拓展能力强、程序更改快等优点，既能降低事故率，还能极大地提高信号系统的安全系数。

关键词：PLC 信号系统 控制核心 技术升级

中图分类号：TD54 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0033-01

原八号井井口信号系统采用CJ10-10A交流接触器做为控制核心，系统工作电压为AC127V，井口控制箱内采用LA19按钮开关做输入元件，用XD7系列信号指示灯作为信号灯光显示，采用电铃作为声音提示。车房内设有信号配电箱，负责将上、下井口的各种输入信号进行继电器逻辑控制，并将结果通过大量的信号电缆分别送到上、下井口的操作台和车房内的信号显示灯箱中。存在的问题如下。

（1）系统工作电压高，井下潮湿环境恶劣，非常容易漏电，威胁信号操作工的人身安全。

（2）存在寄生回路，使各信号之间无法有效闭锁，即能同时发出多种信号。

（3）由于接触器本身在长时间运转后会发生触头粘连，线圈有剩磁等问题会造成信号消不掉的事故，严重威胁人员的安全。

（4）故障率高，由于井口信号使用频率非常高，所以会造成信号系统中的按钮、指示灯、接触器、电铃等经常发生故障，如果发生短路事故会造成整个系统瘫痪，并且线路复杂查找事故点非常麻烦。

（5）不具备语音提示功能，只能用电铃做简单的提示，无法满足井口复杂的现场工况要求。

（6）无法和井口的操车系统进行有效的闭锁，无法实现和井口操车系统的连锁控制。

（7）没有备用信号系统，不符合《煤矿安全规程》的要求。

因此非常需要进行技术升级以提高信号的安全性和稳定性。

1 新信号系统的选型

核心控制器的好坏，直接关系到整个信号系统的运行状况，为此本系统采用日本三菱FX2N系列作为主体核心器件，下面先对三菱FX2N系列PLC做一下简单介绍。

（1）三菱FX2N系列的主要功能。

①开关量的逻辑控制。

这是PLC最常用的功能，PLC设置了与、或、非等逻辑指令，能取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制。

②模拟量的过程控制。

PLC具有模/数转换和数/模转换的功能，能完成对模拟量的检测、控制和调节。

③定时控制。

PLC为用户提供几十个甚至几千个记时器，以完成控制系统对特定时间控制的要求。

④记数控制。

PLC为用户提供几十个甚至几千个记数器，其最高记数频率可达50kHz，以完成控制系统特定记数控制的要求。

⑤通讯和联网。

新一代的PLC都具有通讯功能。PLC的通讯包括PLC之间、PLC与上位机之间、PLC与其它智能设备之间的通讯。

（2）三菱FX2N系列的构成。

FX2N系列由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊适配器等构成，仅用基本单元、或将上述各种产品组合起来使用均可。

（3）输出形式的选择。

继电器输出（R）：可用于交流負载或直流负载，为有触点输出。

SSR输出（S）：用于交流负载的无触点输出。

晶体管输出（T）：用于直流负载的无触点输出。

（4）供输入电路用的电源。

基本单元或扩展单元中均内装DC +24V电源供输入装置使用。

2 新系统的具体功能

根据现场情况，在上井口、下井口水平各设一个操作台，信号工可以通过此操作台发出提升信号。在车房内设一台显示箱，用于绞车司机观看提升信号。上、下井口信号部分选用FX2N-48MR型PLC作为控制器，车房信号部分选用FX2N-32MR型PLC作为控制器.并在上、下井口进车侧和出车侧分别加装语言安全告警箱，车房司机室内也加装语言安全告警箱，另外在上、下井口出车侧分别加装副勾信号操作箱。新信号系统的详细功能。

（1）提升指令的数字和汉字显示功能：全线显示屏均有数字“2、3、4、5”分别表示“快上、快下、慢上、慢下”，数字“1”表示停车，并有汉字“检修、急停、提人、提物、调平、换层信号块表示具体信号。

（2）信号记忆功能，能存储前三次所发信号。

（3）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，当井底各水平发出急停后需从车房复位。

（4）信号之间的闭锁功能，即当其中一个信号发出后，其它信号不能发出。

（5）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。

（6）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。

（7）提升次数的记忆功能。

（8）有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，有自动的两次打点音响。

（9）有PLC对本信号系统自动扫描检测功能。

（10）有备用信号系统。

（11）有车房直通井口、井口直通井下水平的双功扩音通讯功能。

（12）有与操车控制系统闭锁的接口功能。

（13）语言安全告警装置接口功能。

（14）有与计算机联网的422接口

3 结语

通过安装后的长时间运转，可以发现以PLC做为信号系统的控制核心具有以下优点。

（1）系统运转电压低（+24V），属于安全工作电压，可有效避免井下因为潮湿造成漏电后造成人员触电的的危险。

（2）系统运转非常可靠，通过合理、科学的编程，杜绝了寄生回路，解决了信号之间无法闭锁的问题。

（3）兼容程度高，本身可分别与绞车电控系统，井口操车系统进行连锁控制。

（4）功能多，除了本身具有两套信号系统外，自身还集合语音通信功能和信号打点功能。

（5）故障率低，维修量小，出现问题可用工控机直接查找出故障点。

（6）采用信号显示块，使井口信号工和车房绞车司机能非常直观的看清信号的种类。

（7）能和操车系统进行联锁控制，可采用点对点传输或通讯传输的方式与操车PLC进行闭锁控制，提高了井口自动化水平，减轻了把钩工的劳动强度。

（8）满足了《煤矿安全规程》的要求。

参考文献

[1] 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[M].煤炭工业出版社，2011.

[2] 秦芝珍.矿井提升信号系统的PLC控制[J].矿山机械，2005，5.

[3] 周柱.基于PLC控制的副井操车信号系统[J].中州煤炭，2010，4.