单侧猴车智能控制系统设计与研究

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1、单侧猴车智能控制系统设计与研究张　玮，蔡小伟，陈豪锦，王　鹏，吴春富（龙岩学院　机电工程学院，福建龙岩364012）摘要：本文针对一些老矿井的主斜运巷狭窄且垂高超过50米，无机械运送人员而不符合矿山产业政策的情况，提出了使用PLC控制主控电机双向运行，实现猴车往复式单侧坐人的改造方案.同时运用MOUBUSRTU和PROFIBUSDP通讯协议，分别实现矿井上下水平及地面与井下通讯.现场实际应用表明：该改造方案具有无需再拓宽巷道，投资少、不影响生产，信号传送稳定、系统运行安全等优点，对其他该类巷道有很好的借鉴参考作用.

2、.jyqkOUBUSRTU和PROFIBUSDP通讯协议，实现无人值守运人的智能控制系统.1控制系统原理1.1单侧猴车控制要求如图1所示，在矿山上水平（猴车机头）位置安装猴车转速检测、主电机制动压力检测、人员红外检测、变坡掉绳检测、电机及减速机外壳检测、机头越位和限位检测等；通过PLC实现猴车上下行、猴车工作制动及紧急制动等.在下水平（猴车机尾）安装人员红外检测、机尾越位和限位检测、重锤限位检测、断绳检测及急停区域检测等.与传统双向同时坐人的循环运行方式猴车不同，当系统检测到机头或机尾有矿工人员乘坐吊椅时，且系统无

3、故障时则自动启动并定时开始，结合上下班不同时间段自动判断下行或上行，将矿工自动单侧运送至下车点.期间，若下行阶段且上水平机头上车点红外传感器检测到乘员时，则定时时间刷新；若上行阶段且下水平机尾上车点红外传感器检测到乘员时，则定时时间刷新；若无再检测到同方向人员，一旦定时时间到则系统停机.此系统实现了无人值守自动启停单侧坐人的控制要求，也避免了无人乘坐时猴车长时间空运行，节省能耗，提高效率.1.2系统控制框图系统整体方案如图2所示.控制系统主要由一台安装机头的主站控制器PLC和一台安装机尾的分站控制器PLC组成.主站

4、和分站采用MODBUSRTU通讯协议进行PPI通信.远程控制界面和机头触摸屏采用RS485串行通讯线对机头主站和机尾分站PROFIBUSDP通信.主站控制器负责直接采集机头各种开关量和模拟量信号、触摸屏等装置的开关量和模拟量控制信号，负责监测分站控制器的状态信号，负责远程控制界面传送过来的控制信号.根据监测到的数据和运行控制逻辑，向各执行机构发出相应控制信号，即发出矿山猴车是上行提升人员或下行下放人员，猴车是正常停车或事故停车等操作，同时把当前的运行信息通过MODBUSRTU通讯协议送给各机尾分站控制器，通过RS4

5、85串行通讯线送给机头显示台、远程控制台进行实时显示.2主模块选型及系统控制方法2.1　主模块选型机头与机尾之间的电控中心选择西门子S7-200紧凑型可编程控制器，主站采用24输入/16点输出的CPU226为控制核心，同时配置专门为特定物理量输入到PLC的2路热电阻输入模拟量扩展模块EM231，从站采用集成14点输入/10输出的CPU224为控制核心[6]，主站与从站之间通过MODBUSRTU通讯协议进行PPI通信.在远程控制中心的台式机上连接一个西门子CP5611，PCI通讯卡，在井下机头CPU226控制器和井下

6、机尾CPU224控制器分别扩展一个西门子S7-200的智能通讯扩展模块EM277，串行通讯线使用RS485，通过PC（计算机）与SIMATICS7之间的PROFIBUSDP通讯，形成以远程监控PC为主站，井下机头触摸屏、机头CPU266控制器，机尾CPU224为从站，实现地面远程监控、井下机头就近控制和显示目的[5].2.2系统控制方法系统控制过程如下：（1）当红外检测到有矿工要上下时，系统自检测，若系统无故障，则机头和机尾同时进行开车预警3秒钟，根据优先原则，判断上下方向，猴车启动运行；（2）为了解决上下班高峰期

7、人员同时要上下的问题，我们采用分段优先的原则，如早班上班时间一般7：30是交接班高峰期，根据矿山惯例是先上班再下班，则设计中7：00-7：30为下行优先权，而接下来半小时则为上行优先权；（3）当出现故障时，主电机立即断电，制动电机产生制动力而紧急制动，机头和机尾同时发出故障报警信号；（4）在机头操作台和远程控制界面可以实时控制并显示运行参数和状态.3软件设计该系统主程序和启动猴车功能子程序流程图如图4、5所示.编程说明如下[7]：（1）控制系统上电时，启动通讯功能，启动故障检测及报警功能.（2）当上下水平红外线传感

8、器检测有人或上下水平按启动按钮时，系统启动方向判断和预警功能.（3）系统根据猴车运行速度、斜巷道的实际垂深和坡度，计算猴车从机头到机尾（或从机尾到机头）的时间，另加上矿工上车和下车的时间，设定PLC定时总时间.当运行时间未到且另有新启动信号时，运行时间预设值复位.当超过总设定时间无人再启动时，系统自动停止运行.（4）在运行过程中产生故障或需要急停时，则猴车立