矿用猴车自动控制系统的设计与应用分析

连晓雄

（潞安化工集团常村煤矿， 山西 长治 046100）

引言

在煤矿现场，煤矿挖掘工人常通过猴车进行井下井上的来回，矿下作业环境比较复杂恶劣，有时常影响猴车系统的正常工作，一旦运行过程中出现故障，将对现场工人的人身安全造成威胁。基于以上原因，本文设计了两级监控系统对猴车的运行状态进行监视，分别为井下控制系统和地面监控后台。井下控制系统根据猴车是否乘人，对猴车的运行速度进行调频控制。而在地面从监控后台实时监视猴车的运行状态，并根据实际情况，对猴车的运行状态进行调整以及及时发现问题。

1 猴车结构及控制系统设计要求

1.1 猴车结构

猴车具体结构如图1 所示，基本零部件组成包括牵引钢丝绳、驱动轮、防爆电机等。工作流程为：电机转子带动驱动轮旋转，驱动轮带动钢丝绳来回周期运动，工人则在猴车上随钢丝绳带往目的地。

图1 猴车结构图

1.2 控制系统设计要求

对猴车的监控有两套监控系统，分别为井下和地面。井下控制系统可对猴车的运行情况进行监测，一旦发生故障或出现什么问题，自动控制系统将快速反应，避免更大问题的发生，同时通过井下环网将运行出现的问题及时反馈给地面平台，地面监控平台对出现的问题进行存储，为以后猴车的正常运转提供分析的素材[1-2]。

井下自动控制系统将根据猴车有无乘坐人员对其运行状态进行实时监测，在无人乘坐时，系统控制猴车低速运行，降低能耗；有人乘坐时，系统控制猴车以其设计速度运行。

2 控制系统的构成

整个猴车自动控制系统由三部分组成，分别是I/O 分站、井下PLC 控制程序和地面计算机监控系统。井下控制系统接收上下相关设备传递的数据信息，控制猴车的运行状态，并及时将有关猴车运行情况反馈给上位机，如猴车发生故障时。自动控制系统一旦出现运行错误，通过I/O 分站进行相关信号的传递，将问题及时处理。经过比较分析，地面监控计算机安装有MCGS 组态软件，其能够完成井下和地面双方监控信息的反馈传递。自动控制系统通过传感器对是否有人员乘车，通过PLC 控制变频器控制猴车的运行状态。整个地面和井下自动控制系统具体结构配置如图2 所示。

图2 系统的结构框图

3 井下主站

如下页图3 所示，井下控制系统基本组成部分有变频调速系统、300PLC 等。整个控制系统通过PLC接收、传递及处理信号来实现其控制运行。在经过精确计算及合理考虑，系统可对猴车的运行速度调设范围设为0.5～3 m/s。通过红外传感器对猴车的运行速度实时监测，在有人乘坐猴车时，控制猴车按其设计速度运行，无人乘坐时，控制其低速运行。自动控制系统的基本组成部分有温度传感器、红外计数器、速度传感器等。整个猴车自动控制系统就是通过这一系列的传感器对猴车的运行状态进行控制，并及时反馈故障等信息，有效地保障了猴车的正常工作。

图3 井下主站系统

3.1 变频调速功能

一般情况下电机是不变方向的，单向带动驱动轮旋转，一旦出现故障，电机也可通过手动操作进行反向旋转。变频器的组成结构如图4 所示，自动控制系统通过PLC 控制变频器调控猴车的运行速度。还有在驱动轮上安装的安全紧急制动开关和高速制动开关，保障了猴车的安全运行。

图4 接线示意图

3.2 工作模式

PLC 控制程序操作时可调成自动模式，也可进行手动控制。在PLC 自动控制模式下，自动控制系统将根据设定的程序自主的在固定时间段内，实现对猴车运行状态的控制，比如正常上、下井高峰期，这时需要系统控制猴车进行连续工作。当有个别工人在高峰期外上、下井时，需要系统控制猴车开启间断工作模式。无人乘坐时，控制猴车低速运行或停止运行。PLC 手动控制模式，就是需要通过现场工作人员手动操作井下控制台对猴车的运行状态进行控制。

3.3 诊断和故障报警

以上所述的自动控制系统能够在开工前，对自己本身的设备和控制程序进行自我检测，若没有达到实际开工要求，则HMI 和监控后台报警并反馈故障信息，提醒相关工作人员对故障部位进行修理调整，极大保障了设备的安全运行。

3.4 保护功能

该自动控制系统同时具备一系列的保护功能，如过速飞车保护、脱绳保护、紧急停车保护等等。当现场工作人员遇到危险时，系统将自动识别发出报警信号；当井下巷道发生危险情况，现场人员可通过报警开关制动猴车，同时上传监控平台；当猴车的运行速度过快，或拖运工人的牵引钢丝绳断裂，系统均能自动终止猴车的继续运行，并及时将故障信息反馈上报。不论上哪一种安全情况发生，系统将自动停止相关设备的继续运行，并及时发出报警信息，在后台监控平台上显示安全保护项目。只有故障消除后，报警解除，才能继续正常工作。

4 软件设计与系统组态

4.1 软件设计

PLC 的最大功能是能够通过变频器对猴车的运行速度实现自动控制，但是在对系统进行测试检修时，需要手动进行操作。在系统自动工作模式下，一旦出现保护动作，系统立刻会将相关数据信息上传至后台监控主站，经主站对上传的信息处理后发出指令对PLC 控制程序实施控制；在系统手动模式工作中，可以不需要系统发出保护数据信息，强制对系统进行调修检测。自动控制系统可通过地面监控平台或井下控制系统对猴车的运行情况进行实时控制。在系统自动工作模式下，地面和井下控制系统对猴车的控制均有效，谁先发出的控制信号，猴车就遵循谁的指令。在系统自动操作模式下，系统根据传感器发出的数据信息，控制电机运行。另外系统根据猴车运行时间和拉线信号，指令猴车停止工作。

4.2 组态设计

在猴车自动控制系统中，构造生成地面计算机监控系统的MCGS 组态软件将通过对现场数据的收集整理，以报表输出等多种方式为用户提供解决问题方案。

该组态软件不仅能够通过可视化监控对PLC 进行控制，还可把PLC 的相关数据信息及时反馈在后台监控平台。地面计算机监控系统通过PLC 上传的相关数据信息对猴车运行实现控制。一旦猴车运行状况出现障碍，报警信息立即通过PLC 处理后传递至地面监控平台。相关的故障信息会在地面控制系统中保存有一定的周期，以便工作人员随时查阅，完善系统运行的漏洞。

工作人员需要通过监控界面来获取系统的运行信息，通过监控界面实现的功能有：能够对不同操作人员设置管理权限；显示猴车运行速度、变频器、电机等运行信息。

5 结语

设计了猴车的地面和井下自动控制系统，大部分运行情况下，系统实行自动运行，紧急情况下或强制对系统检修维护的时候可手动操作。经过实际应用，该系统运行状况良好，故障发生率与之前系统相比降低，既有效保证了工作效率，还一定程度上降低了猴车运行时的安全风险。