基于PLC的斜巷跑车防护系统设计

曹仁杰

(山西潞安集团 司马煤业公司，山西　长治　047105)

·试验研究·

基于PLC的斜巷跑车防护系统设计

曹仁杰

(山西潞安集团 司马煤业公司，山西长治047105)

摘要跑车防护系统在煤矿斜巷运输过程中起着非常重要的作用，它是井下工作人员和设备安全的有力保障。通过分析斜巷跑车防护装置存在的问题，以PLC技术为基础，利用传感检测技术和液压控制技术，设计了一套斜巷跑车防护系统。并且提出了通过同时检测矿车的速度大小和变化趋势来判断是否发生跑车事故的方法，确保了系统的可靠性和安全性。该技术在山西潞安集团司马煤业公司已得到成功应用。

关键词煤矿；跑车防护；斜井运输；感应线圈检测技术；PLC

矿井运输是煤矿生产中十分重要的一个环节，包括很多种形式，其中轨道运输被广泛的应用。轨道运输是一种柔性化运输方式，能够充分适应巷道的弯曲、距离的变化以及路面的平缓。近年来，随着矿井生产负荷的增加，斜巷提升工作量不断加重，发生跑车事故的概率也呈现上升趋势[1].据调查统计，矿井运输事故占到煤矿总事故的23%，其中因跑车引起的运输事故在矿井辅助运输事故中占很大的比重[2].跑车事故不仅会严重威胁斜井内工作人员的安全，而且会对井下轨道、供电系统、通风送水管路等造成不同程度的破坏，甚至可能导致矿井生产停止[3].此外，跑车事故发生过程中，由于摩擦和碰撞引起的火花可能导致火灾或瓦斯爆炸事故的发生，直接威胁着整个矿井的安全[4].因此，煤矿斜巷运输的安全问题受到了广泛的重视。当跑车发生时，跑车防护迅速、有效的动作是十分必要的。

本文采用传感检测技术、PLC技术和液压控制技术，设计了一套基于PLC的斜巷跑车防护控制系统，提出了通过同时检测矿车的速度大小和变化趋势来判断是否发生跑车事故的方法，以确保系统的安全性和可靠性。

1斜井防跑车系统设计

1.1　总体技术方案

防跑车系统的总体示意图见图1.工作过程中，感应线圈3将矿车通过时的信号传递给PLC控制器以判断是否发生跑车事故。若运行状态正常，PLC将控制液压缸使挡车栏上提，矿车顺利通过；若判断发生跑车，挡车栏保持常闭状态，同时故障指示灯亮，以保障井下工作人员和设备的安全。

1.2　跑车速度检测系统设计

防跑车装置的动作通常采用测定矿车的速度来实现。现有的检测矿车在运输过程中速度的技术方法主要包括：红外线检测技术、超声波检测技术、激光检测技术和感应线圈检测技术等[5].

1) 红外线检测技术原理简单，主要是通过对矿车驶过时车体对红外线发射装置的遮挡作用来进行判别。但由于井下粉尘较大、环境恶劣，容易出现误判的情况，而且设备容易出现故障。超声波检测系统设备的价格较为昂贵，容易受到环境因素的干扰，检测精度较差。而激光检测系统同样具有抗干扰能力差、可靠性低等缺点。

1—绞车　2—运输轨道　3—感应线圈　4—常闭式智能捕车器　5—缓冲吸能器　6—矿车　7—报警指示灯　8—液压缸终位传感器　9—液压缸初位传感器　10—常闭式智能挡车栏图1　防跑车系统整体示意图

感应线圈检测技术是一种比较成熟的速度检测方法，已普遍应用于防跑车系统中，其原理：当矿车经过预埋在矿井运输轨道下方的呈环形的电感线圈传感器时，由于线圈被通以高频电流，矿车会在其内部产生感应电涡流，促使线圈的电感量减小。通过检测线圈电感量的变化就可以获得矿车通过时的速度。与其他检测技术相比，感应线圈检测技术具有以下优点：a) 可适应恶劣的井下工作环境。b) 使用寿命长，防水、防潮和防腐蚀性能。c) 通过调整环形线圈参数和改善信号处理电路，可提高速度检测的精度和抗干扰能力。d) 系统成本低。

图2　系统整体结构示意图

2) 本文提出的环形线圈检测系统主要由3部分组成，分别为测速系统、数据分析系统和液压系统，其系统整体结构见图2.

当矿车以不同的速度通过时，环形感应线圈内会产生不同大小的感应涡流，因此，通过测量判断感应电流的大小，可实现对是否发生跑车事故的判断。当矿车通过时，感应线圈产生的感应涡流经信号处理电路被转换成模拟信号。数据采集卡以一定的采样频率将模拟信号转换为数字信号，以便后续数据处理软件的分析。该系统判断是否发生跑车事故的条件分为两部分：a) 如果矿车运行速度大于设定的最大速度，则发生跑车。b) 利用数据处理程序分析矿车速度的变化趋势，如果速度随时间不断增加，此时同样判断为发生跑车事故。这种方法将提高系统的可靠性和安全性。

1.3　PLC控制系统

防跑车装置PLC控制系统图见图3.系统上电后，首先通过液压缸出位传感器9检测挡车栏是否下放到位，如果没有，则自动下放到位。当矿车通过感应线圈3时，由测速系统和数据处理系统判断是否发生跑车：1) 如果矿车运行状态正常，PLC控制器电磁换向阀动作，使挡车栏上提，挡车网门上提到位后，液压缸终位传感器将发出上提到位信号，矿车顺利通过。2) 如果判断发生跑车事故，挡车栏保持常闭状态，故障指示灯亮。

图3　PLC控制流程图

1.4　液压系统

该防跑车系统中，挡车栏的提升和下放由液压缸进行控制。液压控制系统图见图4.系统上电后，若检测到挡车栏没有下放到位，PLC控制器将电磁换向阀设置为左位，待下放到位后，PLC将电磁换向阀设置为中位，此时系统处于保压状态。当矿车通过感应线圈后，如果其运行状态正常，PLC则将电磁换向阀切换到右位，液压缸活塞杆向左运动，挡车栏上提，提升到位后电磁换向阀切换到中位。

2结论

防跑车系统在斜井运输过程中起着非常重要的作用，它是井下工作人员和设备安全的有力保障。以PLC技术为基础，结合传感检测技术和液压控制技术，设计了一套斜井防跑车系统。该系统判断是否发生跑车事故的条件分为两部分：1) 如果矿车运行速度大于设定的最大速度，则发生跑车。2) 利用数据处理程序分析矿车速度的变化趋势，如果速度随时间不断增加，此时同样判断为发生跑车事故。经过在山西潞安集团司马煤业公司实地测试，这种方法提高了防跑车速度检测系统的精度和抗干扰能力，增强了整个系统的可靠性和安全性，对保障井下安全生产具有十分重要的意义。

1—电动机　2—液压泵　3—滤油器　4—油箱　5—溢流阀　6—电磁换向阀　7—液压缸图4　液压控制系统图

参考文献

[1]赵培广,方岸滨,闫炳胜.矿井斜巷用简易联动闭锁档车器[J].矿山机械,2009,37(21):104-105.

[2]温京岩.基于PLC的挡车栏控制系统研究[D].辽宁:大连交通大学,2014.

[3]张芹.新型防跑车缓冲吸能装置的设计与性能研究[D].淮南:安徽理工大学,2008.

[4]刘海平.复合式斜井跑车防护系统设计与应用[J].煤矿安全,2011,9(10):36-42.

[5]杨俊卿.矿用斜巷常闭式跑车防护系统的改进[D].南昌:南昌大学,2012.

Design on Run Away Devices Security System of Inclined Drifts Based on PLC

CAO Renjie

AbstractRun away devices security system (RDSS) is very important in the transportation of coal mine inclined drifts, which is the powerful safeguard to ensure the safety of workers and devices. Analyzes the shortcomings which existing in RDSS of inclined drifts. PLC technology is as the basis. Sensing detection technology and hydraulic control technology are utilized, a set of inclined drifts RDSS is designed. And a new method to judge the tramcar trouble by testing the speed and changing trend of tramcar is presented, ensures the reliability and security of the system. The technology has been successfully applied in Shanxi Lu'an group Sima coal company.

Key wordsCoal mine; Run away devices security; Slope mine transportation; Induction coil detection technology; PLC

中图分类号：TD63+4

文献标识码：A

文章编号：1672-0652(2015)08-0018-03

作者简介：曹仁杰(1986—)，男，河北东光人，2009年毕业于河北工程大学，助理工程师，主要从事煤矿安全监管方面的技术工作(E-mail)caorenjie1111@126.com

收稿日期：2015-05-28