礦井主運斜巷安全裝備智能化的探討
作者：佚名
2008-07-24 10:02
來源：不詳
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(qū)內(nèi)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(guī)程370條1-6款對傾斜井巷內(nèi)使用串車提升的安全裝備做出了具體規(guī)定；可歸納總結(jié)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(fā)生的根本保障。隨著科學技術(shù)的不斷進步，斜巷安全裝備由不規(guī)范的設(shè)施逐漸向規(guī)范的智能化的定型產(chǎn)品發(fā)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(chǎn)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(shè)備廠生產(chǎn)的KHG6-127/B型常閉式跑車防護裝置，均采用了PLC控制，F(xiàn)JB-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(chǎn)的PXK-3型PLC控制的信號裝置不僅實現(xiàn)了信號閉鎖、信號轉(zhuǎn)發(fā)、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(chǎn)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(shù)的不斷完善，采用分散和集散控制系統(tǒng)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(chǎn)生了一些問題：
（1）各類安全裝備控制系統(tǒng)相互獨立，給安裝、維護工作帶來較大的困難?，F(xiàn)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(shè)備，絞車房用于二套系統(tǒng)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(shù)是17芯/根。再來看看斜井各偏口的設(shè)備，每一個斜井偏口有PCL控制分站2臺，用于各自的執(zhí)行機構(gòu)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(nèi)敷設(shè)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(shè)的長度達到1000m，通訊、控制電纜敷設(shè)的長度達到2000m，（北三軌道斜長500m）。最后來看控制系統(tǒng)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(fā)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(shù)，這對煤礦的工程技術(shù)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。
?。?）由于系統(tǒng)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(xiàn)有2個主站，用于絞車位置檢測的傳感器2個就能滿足，現(xiàn)用4個傳感器，如果系統(tǒng)能夠兼容，利用串行數(shù)據(jù)傳輸，一根通訊電纜就能滿足信號傳輸?shù)男枰?
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(shù)，設(shè)立小型工業(yè)以太網(wǎng)絡，實施對斜巷的安全設(shè)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(xié)議接口將信號上傳主控PLC進行分析處理，并發(fā)出指令控制PLC控制分站對各個執(zhí)行機構(gòu)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(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
（1）網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。如圖1所示，整個系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線技術(shù)組成一個小型的工業(yè)以太網(wǎng)，系統(tǒng)主要由工作站、交換機以及PLC構(gòu)成。上位機與PLC之間采用以太網(wǎng)+交換機網(wǎng)絡冗余結(jié)構(gòu)通訊，系統(tǒng)的可靠性較高，信號傳輸?shù)乃俾瘦^快，完全可以滿足防護裝置擋車攔、道岔轉(zhuǎn)輒機以及斜巷信號的控制和檢測的需要。
?。?）PLC控制結(jié)構(gòu)。PLC控制系統(tǒng)的CPU采用雙機備份系統(tǒng)，可以在主CPU出現(xiàn)故障的情況下自動切換到備用CPU上，遠程工作站采用雙網(wǎng)冗余，保證了網(wǎng)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(zhí)行機構(gòu)，負責38個I/O點的開關(guān)量的傳輸，并且主站與遠程控制站之間的網(wǎng)絡也采用雙網(wǎng)冗余的通訊方式，現(xiàn)場的I/O點全部采用繼電器進行隔離，可使控制系統(tǒng)具有更高的可靠性。
?。?）PLC配置?？蛇x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(chǎn)的PLC用來組建以太網(wǎng)技術(shù)較為完善，使用效果也較好，以太網(wǎng)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(shè)施的控制是綽綽有余的，并且選用一個公司的系列產(chǎn)品用來組網(wǎng)。系統(tǒng)穩(wěn)定?？煽啃愿?。 來源：湖北安全生產(chǎn)信息網(wǎng)
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(qū)內(nèi)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(guī)程370條1-6款對傾斜井巷內(nèi)使用串車提升的安全裝備做出了具體規(guī)定；可歸納總結(jié)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(fā)生的根本保障。隨著科學技術(shù)的不斷進步，斜巷安全裝備由不規(guī)范的設(shè)施逐漸向規(guī)范的智能化的定型產(chǎn)品發(fā)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(chǎn)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(shè)備廠生產(chǎn)的KHG6-127/B型常閉式跑車防護裝置，均采用了PLC控制，F(xiàn)JB-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(chǎn)的PXK-3型PLC控制的信號裝置不僅實現(xiàn)了信號閉鎖、信號轉(zhuǎn)發(fā)、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(chǎn)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(shù)的不斷完善，采用分散和集散控制系統(tǒng)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(chǎn)生了一些問題：
（1）各類安全裝備控制系統(tǒng)相互獨立，給安裝、維護工作帶來較大的困難?，F(xiàn)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(shè)備，絞車房用于二套系統(tǒng)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(shù)是17芯/根。再來看看斜井各偏口的設(shè)備，每一個斜井偏口有PCL控制分站2臺，用于各自的執(zhí)行機構(gòu)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(nèi)敷設(shè)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(shè)的長度達到1000m，通訊、控制電纜敷設(shè)的長度達到2000m，（北三軌道斜長500m）。最后來看控制系統(tǒng)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(fā)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(shù)，這對煤礦的工程技術(shù)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。
?。?）由于系統(tǒng)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(xiàn)有2個主站，用于絞車位置檢測的傳感器2個就能滿足，現(xiàn)用4個傳感器，如果系統(tǒng)能夠兼容，利用串行數(shù)據(jù)傳輸，一根通訊電纜就能滿足信號傳輸?shù)男枰?
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(shù)，設(shè)立小型工業(yè)以太網(wǎng)絡，實施對斜巷的安全設(shè)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(xié)議接口將信號上傳主控PLC進行分析處理，并發(fā)出指令控制PLC控制分站對各個執(zhí)行機構(gòu)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(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
（1）網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。如圖1所示，整個系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線技術(shù)組成一個小型的工業(yè)以太網(wǎng)，系統(tǒng)主要由工作站、交換機以及PLC構(gòu)成。上位機與PLC之間采用以太網(wǎng)+交換機網(wǎng)絡冗余結(jié)構(gòu)通訊，系統(tǒng)的可靠性較高，信號傳輸?shù)乃俾瘦^快，完全可以滿足防護裝置擋車攔、道岔轉(zhuǎn)輒機以及斜巷信號的控制和檢測的需要。
?。?）PLC控制結(jié)構(gòu)。PLC控制系統(tǒng)的CPU采用雙機備份系統(tǒng)，可以在主CPU出現(xiàn)故障的情況下自動切換到備用CPU上，遠程工作站采用雙網(wǎng)冗余，保證了網(wǎng)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(zhí)行機構(gòu)，負責38個I/O點的開關(guān)量的傳輸，并且主站與遠程控制站之間的網(wǎng)絡也采用雙網(wǎng)冗余的通訊方式，現(xiàn)場的I/O點全部采用繼電器進行隔離，可使控制系統(tǒng)具有更高的可靠性。
?。?）PLC配置?？蛇x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(chǎn)的PLC用來組建以太網(wǎng)技術(shù)較為完善，使用效果也較好，以太網(wǎng)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(shè)施的控制是綽綽有余的，并且選用一個公司的系列產(chǎn)品用來組網(wǎng)。系統(tǒng)穩(wěn)定?？煽啃愿?。 來源：湖北安全生產(chǎn)信息網(wǎng)
