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礦井主運斜巷安全裝備智能化的探討

2007/1/24 0:00:00       
1 引言 
  在礦井輔助運輸中,主運斜巷占有極其重要的位置,它是連接主要運輸大巷和采區內部的咽喉,主運斜巷多采用串車提升,有的主運斜巷還兼做行人巷道,因此,主運斜巷的安全管理尤為重要,煤礦安全規程370條1-6款對傾斜井巷內使用串車提升的安全裝備做出了具體規定;可歸納總結如下:一是斜巷跑車防護裝置;二是防跑車、防誤入裝置;三是斜井信號裝置。此三項裝備是保證斜巷安全提升,防止各類運輸事故發生的根本保障。隨著科學技術的不斷進步,斜巷安全裝備由不規范的設施逐漸向規范的智能化的定型產品發展。例如,跑車防裝置:目前較為普遍推廣使用的有陜西航泰電氣有限公司生產的FJB-A型雙余度常閉式跑車防護裝置和江蘇常熟煤礦井筒專用設備廠生產的KHG6-127/B型常閉式跑車防護裝置,均采用了PLC控制,FJB-A裝置采用PLC分散控制,KHG6-127/B裝置采用PL集散控制。其功能均能滿足斜井跑車防護的需要。斜井信號裝置:唐山開誠電器有限公司生產的PXK-3型PLC控制的信號裝置不僅實現了信號閉鎖、信號轉發、位置顯示和行車語音報警,而且還有雙工通訊功能。防跑車、防誤入裝置:雖然目前尚無定型產品,但利用對道岔進行位置控制和位置顯示的防誤入裝置已有廠家在做,并且也是利用PLC進行控制。
  2 問題的提出
  隨著PLC控制技術的不斷完善,采用分散和集散控制系統對斜井的安全裝備實施過程控制和檢測已成為不爭的事實,但也隨之產生了一些問題:
  (1)各類安全裝備控制系統相互獨立,給安裝、維護工作帶來較大的困難。現以朔里礦北三軌道裝備為例,北三軌道跑車防護裝置使用常熟KHG6-127/B跑車防護裝置,斜井信號使用唐山PXK-3斜井信號裝置。讓我們先來看絞車房的設備,絞車房用于二套系統的PLC控制主站2臺,各自的顯示屏2臺,同樣用于絞車位置檢測的傳感器4臺,各類控制、通訊電纜11根。如果再加上道岔位置控制裝置,絞車房將有PLC控制主站3臺,顯示屏3臺,傳感器6臺,通訊、控制電纜增加到14根,其中最多的電纜芯數是17芯/根。再來看看斜井各偏口的設備,每一個斜井偏口有PCL控制分站2臺,用于各自的執行機構的動力控制箱2臺,其最大殼體尺寸為460mm×470mm×210mm,最小殼體尺寸為320mm×210mm×150mm。再來看巷道內敷設的電纜,127V、660V電力線2根,KHG6-127/B用通訊、控制電纜3根,PXK-3用通用電纜,PLC控制,通訊電纜1根,合計電力電纜敷設的長度達到1000m,通訊、控制電纜敷設的長度達到2000m,(北三軌道斜長500m)。最后來看控制系統的PLC,PXK-3信號裝置采用日本三菱的FX系列PCL,KHG6-127/B裝置采用德國西門子公司的S7系列的PLC。目前,雖然PLC正向開放式方向發展,但是各自的PLC在程序的編寫,硬件配置仍存在較大的差別,彼此互不兼容,使用誰的PLC就必須掌握誰的PLC技術,這對煤礦的工程技術人員和日常維護人員來說,存在較大的難度,不利于日常維護。
  (2)由于系統的各自獨立、互不兼容,形成重復性投入,造成較大的資源和資金的浪費。一個通訊、控制主站可以解決的問題,現有2個主站,用于絞車位置檢測的傳感器2個就能滿足,現用4個傳感器,如果系統能夠兼容,利用串行數據傳輸,一根通訊電纜就能滿足信號傳輸的需要。
  3 解決方案
  建立斜巷安全裝備智能型綜合控制平臺。利用PC+PLC集散控制技術,設立小型工業以太網絡,實施對斜巷的安全設施進行過程控制和實時檢測,各個偏口的防跑車、防誤入、斜井信號采用PLC控制分站進行信號采集,并通過通訊協議接口將信號上傳主控PLC進行分析處理,并發出指令控制PLC控制分站對各個執行機構進行操作控制。具體如圖1所示。

圖1 斜巷安全裝備智能控制網絡系統結構
  (1)網絡結構。如圖1所示,整個系統采用現場總線技術組成一個小型的工業以太網,系統主要由工作站、交換機以及PLC構成。上位機與PLC之間采用以太網+交換機網絡冗余結構通訊,系統的可靠性較高,信號傳輸的速率較快,完全可以滿足防護裝置擋車攔、道岔轉輒機以及斜巷信號的控制和檢測的需要。
  (2)PLC控制結構。PLC控制系統的CPU采用雙機備份系統,可以在主CPU出現故障的情況下自動切換到備用CPU上,遠程工作站采用雙網冗余,保證了網絡通訊的可靠性。一般的主提升斜巷偏口在2~5個,因此,遠程工作站一般情況下不會超過6個,每一個遠程工作站控制3個執行機構,負責38個I/O點的開關量的傳輸,并且主站與遠程控制站之間的網絡也采用雙網冗余的通訊方式,現場的I/O點全部采用繼電器進行隔離,可使控制系統具有更高的可靠性。
  (3)PLC配置。可選用日本三菱的Q系列PLC或施耐德公司的Quantum系列的PLC,這些公司生產的PLC用來組建以太網技術較為完善,使用效果也較好,以太網模板、通訊交換機、遠程I/O適配器均是套件,用來完成斜巷3項安全設施的控制是綽綽有余的,并且選用一個公司的系列產品用來組網。系統穩定。可靠性高。

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