矿用斜巷常闭式跑车综合防护系统的改进

罗锋华+++席自强

摘 要：在煤矿开采施工当中，煤矿跑车事故是时有发生的，它几乎占到整个矿井运输提升机电施工事故中的50%比例，且依然处于上升趋势。为了确保煤矿生产施工安全，文章分析了基于PLC控制的矿用斜巷常闭式跑车综合防护系统，主要对它的系统程序编写与硬件部分设计改进进行了详细阐述。

关键词：矿用斜巷常闭式跑车综合防护系统；矿井运输；PLC控制；程序设计

在煤矿开采生产过程中，倾斜井巷主要被应用于矿井提升运输系统，它也是矿井生产最重要的环节部分，直接参与煤炭、岩石材料提升和设备材料下放等施工任务，另外也包括对矿井施工人员的升降送达任务。所谓矿井跑车事故多是由于煤矿斜巷在提升过程中，绞车提拉矿车由于重力分力作用而造成脱钩现象，促使矿车沿轨道方向异常运行。它不但能造成井巷及设备损坏，也能造成人员伤亡，后果不堪设想，必须对其加以综合防护改善。

1 PLC控制系统的选用

就传统煤矿矿井运输工作而言，它所采用的跑车防护控制装置方式主要包括继电器控制、单片机控制、工业计算机控制等等。这些传统控制方式在实践运用中均暴露出体积偏大、可靠性不强、系统设计、安装及调试工作量大且复杂，故障率偏高等问题，不能完全确保矿井运输的100%综合有效防护，还会为矿井运输及施工带来安全威胁。而就目前的众多应用技术来看，基于可编程序控制器原理的PLC控制系统则效果更好，它具有无可替代的技术优势，对矿井运输施工恶劣环境也具有较强的适应性，以下给出PLC控制系统的基本工作原理。

将PLC控制系统应用于倾斜井巷跑车体系中，其关键就是以PLC控制器为控制核心的矿用跑车综合防护系统构建。它主要是将传感器分别安装于轨道各处，希望起到测速与到达的作用，同时将其它传感器安装于挡车栏配套部件上，作为限位传感器来检测挡车栏的实际提升与下放状态。在整个控制过程中，PLC则起到结合传感器信号来判断矿井跑车实际运行状态的作用，并能够基于不同状态而发出各种动作指令[1]。

2 基于PLC控制系统的矿用斜巷常闭式跑车综合防护系统设计

2.1 基本工作原理分析

基于PLC控制系统来设计跑车综合防护系统，其系统工作流程如下：首先为系统上电，保证PLC控制器能够持续产生24V直流电，并将PLC控制器与所有传感器相连，确保传感器处于待工状态，再基于PLC自动判别功能来将拦车网门下放到位。

当矿车正式下行工作过程中，首先要将矿车轨道传感器下行穿越它们的时间信号，并将信号传递到PLC控制器位置，看其控制器是否能完成对矿车速度的正常判定，如果判定矿车在正常运行速度范围，则PLC会控制电机正转，并上提拦车网门。拦车网门到位以后，就要借助传感器发出上提到位信号，此时PLC叫停运行电机，为矿车下行发出下行信号，再次放下拦车网门。此时矿车车门会处于常闭状态，并开始下行。PLC在矿车下行期间不会控制电机工作，主要利用拦车网门来拦住矿车以达到保障斜井下方设备与工作人员安全的目的，如图1。

如图1中的跑车综合防护系统，其中5、7、9位置均为位置传感器，3和8为限位传感器，1为绞车，2为电机，4为挡车栏。

2.2 PLC控制程序的编写设计

可以将整个斜巷常闭式跑车防护装置视为是一套完整的机械智能程序，它主要包含了系统自检、车辆行驶状态判断、挡车拦提升及下放分支环节。因此在设计过程中，必须对它们进行分段式程序编写描述，然后再组合成为一套完整的具有丰富功能的程序体系，以下主要从两方面内容来谈。

2.2.1 矿车行驶状态判定程序的设计。一般来说，煤矿倾斜井巷中的矿车轨道均为单向车道，所以矿车在其中只能保持上行或下行一种状态。基于PLC的控制系统主要通过传感器来触发实时反映，技术人员以此来判断矿车在矿井中的实时运作状态。具体来讲，如果矿车正在进行下行动作，则PLC会主动判断它通过传感器的位置与速度，并决定是否传递信号启动拦车拦电机，看是否需要对其实施提升动作。为此，倾斜井巷中会专门设置红绿灯交通管理装置来指示矿车运动状态，如果是红灯，矿工就会明确矿车正在进行下行运动，直到矿车完全通过挡车栏被下放到矿井底部后，绿灯才会亮起。

PLC控制系统在整个操作过程中会设置挡车栏提升信号及下放信号，并通过程序体系中的關键导通程序来驱动提升信号，以判断矿车到底正处于上行还是下行状态。考虑到矿车会从两方向来通过挡车栏，所以PLC控制系统会命令导通程序来扫描矿车运行周期，确认矿车的实时状态[2]。

2.2.2 挡车栏的提升与下放信号设计。挡车栏也是基于矿车对PLC传感器的触发状态来展开运行操作的，分别存在提升与下放两种动作状态。一般情况下，绞车房会设置挡车栏的提升及下放按钮，实现自动操作。但为了防备紧急特殊状况，则还会设置两个以人工手动控制为主的挡车栏下放与提升按钮，确保实现对挡车栏开闭的实时有效控制。PLC控制系统专门设置了一个TZCP比较指令来实现挡车栏自动控制功能。此时如果Y0为On状态，电机会正常运转，挡车栏也会正常执行开门动作，直到碰到上限传感器为止。而Y0在Off状态时，挡车栏的打开作业会自动停止。

2.3 PLC控制程序的硬件设计

在该跑车综合防护系统中，还应该配合外部电路系统来辅助PLC控制，实现对整个防护系统的进一步保护作用。以电机的正反转为例，可以尝试为其设置一套备用线路。

备用线路主要以三相异步电动机正反转控制为主，围绕它来设计主电路与集电器控制电路。这其中主电路主要依靠电气线路强电流通过来控制电源开关、接触器以及主触头，再控制热继电器发热元件传输电流到电动机位置。另外辅助电路设计部分则主要包括了控制线路、信号线路、保护线路与照明。将继电线路与接触器线圈、触头、辅助触头、电笛以及其他电器元件组成一体，并通过强电流主电路和弱电流辅助电路来区别主辅电路，就能形成一套基于PLC系统控制保护的完整电机控制电路。

在其他硬件设计方面，主要围绕煤矿工作环境的特殊性来制定特定设计要求。例如含有PLC控制器的电控箱可以设计为能够承受爆炸性环境的隔爆兼容本安型电控箱，它主要对电控箱的外壳材质及厚度进行了有效加强，同时调整了电控箱隔爆面的光滑度与结合面的长度，对腔体的净容积、安全间隙及密封程度设计也作出了严格规定。如此设计也是为了丰富PLC控制系统功能，做到对跑车综合防护系统安全性及实用性的全面提升。

3 结束语

本文基于PLC控制系统探讨了当前矿用倾斜井巷常闭式跑车的综合防护系统改进设计过程，从安全可靠性方面大大提升了防护系统能效。当然在实践过程中也发现，系统误动及延迟情况时有发生，这些都是需要在以后的研究实践中加以修正和再次改造的。

参考文献

[1]杨俊卿.矿用斜巷常闭式跑车防护系统的改进[D].南昌大学，

2012：33-44.

[2]董晓斌.斜巷自动防跑车装置的应用[J].硅谷，2013（14）：70，80.

作者简介：罗锋华（1979-），男，江西南昌人，在职研究生，工程师，研究方向：电气工程、PLC控制技术；席自强（1960-），男，湖北武汉人，博士，教授，研究方向：电能质量检测与控制、太阳能发电技术。