基于PLC控制的矿山“信集闭”系统 韩高骞 唐山开诚电器有限责任公司 河北唐山 063020 摘 要：本文介绍了一种由PLC控制的 “信集闭”自动控制系统，阐述了系统的工作原理，给出了系统的硬件结构和控制流程图。该系统具有使用方便、控制灵活、维护简单、可靠性高等优点。 关键词：信集闭 PLC 自动控制 电机车 转辙机 信号机 进路 道岔 1 引言 目前，很多矿山的主运输和辅助运输还是以电机车为主，那么配置一套安全，高效的“信集闭”系统就成了建设现代化矿井的一个重要途径。 “信集闭”就是信号集中闭塞的简称。近些年来，虽然有些矿配置了“信集闭”系统，使运输系统的安全和效率落后的局面有所改善。但由于这些系统大多采用继电器控制，控制技术相当落后，信号的收发不可靠，再加上矿山的特殊环境，使得系统经常出现信号机指示不准确，安全事故还是时有发生。即使有个别大型矿的“信集闭”系统也采用了PLC作为主控元件，但在道岔的司控和各种信号的采集上还存在着相当多的问题，因此，有必要尽快解决司控道岔和信号采集等较为关键的问题，让真正方便、可靠、实用的“信集闭”系统能早日为煤矿带来效益。 2 系统的工作原理及特点 下面就三个方面阐述一下本系统的工作原理： （1） 进路的开放 “信集闭”系统一般分三种方式开放进路。第一种叫站道信号；第二种叫问讯开放；第三种叫自由开放（也叫自身触发开放）。站道信号一般在准轨大铁路上应用，这种方式较适用于列车独占某段铁道，铁路线相对较长、车速较快的场合。问讯开发的方式比较适合用在铁道线比较复杂、出车比较集中且行车比较有规律的场合。自由开放方式是一种比较适合现代矿井“信集闭”系统采用的进路开放方式，其主要特点就是信号开放灵活、减少人工干预、实时反映机车运行动态、最大可能地提高机车的运输周转率。而现代化的矿井，机车运行的特点又主要表现在车速高、重载、周转频繁上，所以采用自由开放方式应该是现代化矿井“信集闭”系统的一种发展方向。 （2） 信号的采集 在“信集闭”系统中，信号的采集是最关键的，也是最频繁的，可以说信号采集是否准确可靠直接影响到整个系统的性能。从我国“信集闭”的发展来看，过去所用的信号采集器件主要有：辅助导线、水银开关、超声、无线感应等。但这些采集元件均以采集可靠性差和维护量大等，而慢慢被淘汰。现在通过大量的实验和不断地摸索，一种磁感应式的无源干簧管以其采集信号的可靠性高、安装方便、维护量小正被普遍采用。 （3） 道岔的转换 对道岔的转换实行PLC司控，是现代化矿井衡量“信集闭”系统自动化程度高低的又一标准。考虑到今后的系统进一步向集中控制、集散控制的自动化发展的需要。那么系统研究的主要方向就成为了如何实现矿井道岔的自动控制，即电机车司机在远方通过信号机的指示按自己的行车方向提前转换道岔，不需停车去手扳道岔。 本系统采用两种控制模式：正常运行时进路采用自由开放方式，道岔的转换采用司控的方式；当行车方式因特殊情况有变时，进路由调度集中办理，道岔的转换还是司控。如果司控错误时，司机可以根据信号机的显示停车操作就地按钮箱，停电时还可以用手动摇把转换道岔。 3 系统的硬件组成 该控制系统采用先进的PLC、电动转辙机、无源传感器实现自动控制，具有功能丰富、性价比高等特点。系统由硬件和软件组成。 根据现场要求，硬件电路由开关量输入通道、PLC、输出控制通道、显示屏、执行回路、操作台及电动转辙机等部分组成。系统结构框图如下： （1） 传感器 本系统所介绍的传感器为磁性接近开关，属无源传感器。它适用于煤矿井下、井口及进风巷道等各种场合。其结构简单，安装、使用、维护方便，防护等级高达IP65，可以采集各种现场信号，满足了现场的特殊需求。 “信集闭”系统除对信号采集的可靠性有较高要求外，还有一些显著特点就是采集信号多，采集点分散，线路长等。尤其是现在随着自动化水平的提高和矿山管理制度的不断完善，模拟显示屏也在矿山信集闭系统中相继出现，随之就出现了车位(或区间)显示，对传感器的可靠性、安装、维护等提出了更高要求。 （2） 转辙机 目前，用于矿山“信集闭”系统中的转辙机主要有交流和直流电动转辙机、汽动转辙机等。而电动转辙机以其良好的性能占领着主要的市场。又因为直流电动转辙机能将电能直接转换成直线运动的机械能，而不需要任何中间转换机构，所以被大多数用户选用。但近两年来，一种新的ZDD型交流电动转辙机的出现，可以说是又一次在煤矿行业宣起了波澜。其具有下列优点： a） 采用交流供电的方式，不需要整流，因此，可以在矿山尤其是井下直接取AC127V供电，非常方便。 b） 此交流转辙机的输出杆行程为：70-130mm，可调，大大地满足了用户的需求。 c） 其转换时间为1.5-2.5s，如果限位开关和电机发生故障时延时2.5s，然后自动切断电源保护电机不被烧毁。 d） 此电动转辙机还配置有就地按钮箱和摇把保护系统。即使在司控错误时，司机也可以根据信号机的道岔位置指示停车就地操作道岔。在停电情况下，电机车司机也只要下车用摇把手动操作道岔即可，更重要的是：此转辙机还在手动摇把的回路路设有保护电路，避免了在手动过程中电机突然得电从而造成人员工伤事故的发生。 （3） 可编程控制器（PLC） 本系统采用日本三菱公司的FX2N系列可编程控制器（PLC），PLC是整个系统的核心。FX2N系列的PLC点数规格齐全，其在三菱系列PLC里面是属于具有丰富功能的小型PLC，其有高速记数、脉冲输出、实时时钟等功能，还可以方便地同上位组态软件连接实现上位监控。另外，其还可以和RS-485ADP配合使用，可以完成多站点的N：N网络功能。这样控制距离将会更大，采集信号点数也就更多，而且还大大地节省了电缆，减少了故障点。 （4） 模拟显示屏 在“信集闭”系统中，模拟显示屏主要是用在调度室供调度了解运输状况的一个窗口。通过它调度可以直观整个控制车场的运输过程，并且还可以监视违章。 对于有条件的矿井，也可以采用上位组态来监视运输状况，它的优点是对行车比较灵活、改动比较平繁的矿井能随时作出灵活处理。此外，软件的可操作性强，而且还可以对故障报警进行存档。 （5） 操作台 操作台主要用在采用问讯开放办理进路的场合。在自由开放方式下，因特殊情况也可能需要调度由操作台来进行部分进路和道岔的办理，但此时要将控制方式转换到相应的位置。 4 软件设计 本系统的编程软件采用三菱公司的GPPW/LLT，用梯形图编程。在软件设计过程中，着重提高程序的逻辑质量、可靠性和通讯的高速处理能力。GPPW/LLT的编程软件，易学、易懂且有离线仿真、在线修改等功能。 如果采用上位组态的方式来监控运输系统，那么在组态软件的选择上国产软件可以选用三维力控、世纪佳诺、和亚控的组态王等；进口软件可以选用IFIX等。这些软件多支持现在市场上的常用硬件，使用方便、通用性好。 5 对关键技术问题采取的措施 （1） 系统的抗干扰 众所周知，矿山“信集闭”系统尤其是井下“信集闭”系统的电气环境差、干扰严重。因此，在有关的输入输出控制电路采用了光电耦隔离技术、输出电路也采用了光耦和继电器双重隔离技术。同时，在系统的合理接地、屏蔽、解决压降、电缆敷设等方面也采取了相应有效的措施，确保了装置和系统的可靠运行。 （2） 运行状态的确认 正确控制的基础来至于正确的状态判断，所以仅仅解决干扰问题是不够的。因为在系统状态改变的过程中，会出现各种意想不到的情况，如遇到道岔转换过程中的夹矸、挤岔、列车运行中的闯红灯报警等。如果处理不当，就会发生走错方向、掉道、甚至叉腰、撞车等重大事故。因此系统在这方面采取了严格措施，使各种异常情况都快速准确地显示在系统的正确监控之下，从而进行方便有效的处理。 （3） 接点可靠性处理 由于现场潮湿等原因，接点的接触不良是经常发生的事，尤其是环境恶劣、动作比较平繁的井下，更是如此。因此本系统也采取了相应的措施来进行必要的技术处理。 6 结束语 电机车是矿山企业极其重要的运输工具，保证电机车的安全可靠运行具有重大意义。而自动转换的司控道岔、监视运输状态的模拟显示屏、准确实时的车位显示、自由可靠的进路开放方式等既能保证电机车的安全畅通，又能大大提高生产效率。在井底车场，自动道岔与信、集、闭相结合，可大大提高电机车车场的机车周转率。对于运输繁重的矿井，更是具有显著的经济效益。 本“信集闭”系统的投入使用，能显著减少地电机车的起、停次数，延长电机车的使用寿命，还可以明显减少事故隐患，保证运输安全。由于司机可在车上控制道岔的转换，不需停车和人工扳道岔，进路也采取自由开放的形式，因此大大地减轻了工人的劳动强度。同时系统的自动化水平也随之提高，为实现全矿井自动化奠定了基础，社会效益十分明显。 参考文献 [1] 《矿井信集闭》 商永泰主编 煤炭工业出版社 [2] 《FX2N编程手册》 三菱电气公司 [3] 《监控组态软件及其应用》 马国华 编 清华大学出版社 [4] 《GPPW/LLT编程调试程序用户参考手册》 三菱电气公司 作者简介 韩高骞（1979-）男 2002年毕业于湖北大学物电学院工业自动化专业，现主要从事矿山自动化系统的设计与调试工作。