基于组态王及PLC的架空乘人装置电控系统研究

王强强

（山西汾西矿业（集团）有限责任公司贺西煤矿，山西 柳林 033300）

随着矿井采掘范围的扩展，工作人员从地面到作业点路程不断增加，同时井下布置有各种斜巷，若采用步行方式行走至作业点需要耗费大量的体力以及时间，从而在一定程度上制约矿井生产[1～3]。架空乘人装置凭借其适应性强、运输效率高、安全可靠等优点在煤矿井下应用较为广泛[4～6]。为了更好的促进架空乘人装置运行，本文基于组态王及PLC对架空乘人装置电控系统进行研究，以期达到降低设备磨损及能耗，并提高架空乘人装置使用寿命的效果。

1 架空乘人装置电控系统结构

1.1 总体结构

架空乘人装置电控系统结构主要包括有地面控制PC、监控分站、井下PLC主站等。地面控制PC用以监测并控制架空乘人装置运行；PLC主站用以采集各监控分站信息并将数据经工业以太网传输给地面控制PC，与就地控制箱进行数据交互；机尾监控分站用以采集到站、越站、上下人以及重锤等信号；其余的监控分站用以采集各安全传感器信号、甩道开车信号等。具体电控系统结构见图1。

图1 架空乘人装置电控系统结构

电控系统运行原理为[7～8]：上位机控制PLC运行，PLC通过控制程序发出控制指令给抱闸继电器并经过2s延时与主电动机接触器联通，同时通过主电动机接触器将控制信号传输给变频器或磁力启动器，实现架空乘人装置软启动。当控制台或上位机发出复位、停止、检修等功能指令时，可通过PLC实现复位、停止以及检修控制。外部各保护开关与PLC控制器连接，实现架空乘人装置的各项保护功能。

1.2 硬件结构

1.2.1硬件选型

架空乘人装置往返运输井下作业人员，对系统运行稳定性及可靠性有较高要求。为此，PLC选用可靠性强、模块化的S7-1200系列，具体PLC各功能模块结构见表1。上述功能模块应按照预先排列顺序在导轨上布置，具体分布见图2。

表1 功能模块参数

图2 模块排布序列

1.2.2 硬件结构组成

架空乘人装置电控系统涉及到的硬件结构有PLC控制器、输入及输出模块、外围安全传感器、交换机、防爆语音箱等。PLC是整个电控系统核心单元，外围布置的各类安全传感器监测数据通过模拟量输入模块传输给PLC，PLC通过控制继电器来控制架空乘人装置运行。

外围安全传感器主要有拉线、电流、温度、红外、压力、脱绳以及速度传感器等，从而以各类传感器监测结果及时判断架空乘人装置是否出现运行故障，在一定程度上提升架空乘人装置运行可靠性。具体硬件结构组成见图3。

2 架空乘人装置电控系统软件结构

根据上述功能的需要，分配PLC控制器中I/O点，确定外部输入元件与PLC内部I/O点的连接对应关系，并完成对I/O点地址的定义，从而便于后续的电控系统软件结构设计。具体电控系统部分输入输出代码及去向见表2。

表2 PLC部分端口I/O分配

电控系统开始运行后，语音警报装置首先发出5 s峰鸣声表示架空乘人装置马上启动运行，乘坐人员应注意安全。随后安全闸解除制动，制动器电机启动后制动器解除制动，主电动机通过减速器带动架空乘人驱动装置运转。在主电动机运行前对电动机及整个系统进行检查，若发现故障状态则停止电动机启动，制动器及安全闸重新动作；若电控系统及主电动机均无故障则主电动机正常启动运行。主电动机运行2 s后由计算器对是否出现超载进行判定，若超载则主电动机停止运行并发出超载预警；若不超载则架空乘人装置正常运行。

在电控系统正常运行过程中，通过各安全传感器检测架空乘人装置运行情况，若检测到有故障信息则电控系统发出报警信息并显示故障发生位置。具体电控系统软件控制流程见图4。

图4 电控系统软件控制流程

架空乘人装置电控系统根据运输需要应具备自动、手动、检修、就地等控制模块式，同时上位机可显示架空乘人装置的运行状态（如在乘人数、运行速度、故障信息等）。在架空乘人装置运行沿线布置有语音警报装置，上下车点均具备语音警示功能，且沿线布置的通话装置应与地面监控中心直接通话。在机头、机械尾以及大边坡点等位置布置脱绳保护，传感器对电机电压、电流等进行监测，当监测异常时电控系统即会发出报警信号。在上下口及中部位置设置紧急停车按钮，当任一位置紧急停车按钮启动后，必须手动复位，架空乘人装置才可继续运行。

3 结语

架空乘人装置在矿井工作人员运输中具有广泛应用，提升架空乘人装置电控系统运行可靠性及稳定性，对确保运输安全具有重要意义。本文依据煤矿行人运输技术要求，根据相关要求规范，基于组态王以及PLC提出的一种架空乘人装置电控系统，可实现对架空乘人装置的精准控制、便捷操作、远程监控及架空乘人装置的无人值守，取得较好的应用效果。