無(wú)線遙控在多中段豎井提升系統(tǒng)井口機(jī)械控制中的應(yīng)用

引言

在軍事、工業(yè)、醫(yī)療以及人們的日常生活中,無(wú)線遙控技術(shù)得到了普遍應(yīng)用。由于無(wú)線遙控技術(shù)在提高作業(yè)的安全性,提升勞動(dòng)生產(chǎn)率及減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等方面起著積極的作用,所以在工業(yè)自動(dòng)化控制中無(wú)線遙控技術(shù)的應(yīng)用已越來(lái)越被人們重視,無(wú)線遙控是指實(shí)現(xiàn)對(duì)被控目標(biāo)的非接觸遙遠(yuǎn)控制,目前應(yīng)用比較廣泛的無(wú)線遙控技術(shù)主要有紅外線遙控和無(wú)線電遙控[1]。

1某礦井多中段豎井提升系統(tǒng)井口機(jī)械控制現(xiàn)狀

在豎井提升系統(tǒng)中,井口機(jī)械包括中段(井口）信號(hào)臺(tái)、安全門、搖臺(tái)、阻車器等設(shè)備設(shè)施,這些井口機(jī)械均由PLC控制且信號(hào)互鎖,即:

(1）一個(gè)中段發(fā)出開車信號(hào)后,其他中段發(fā)不出開車信號(hào):

(2）罐籠停穩(wěn)后,只有安全門打開到位后,才能控制搖臺(tái)落下:

(3）發(fā)出開車信號(hào)前必須阻車器關(guān)到位、搖臺(tái)揚(yáng)起到位后才能控制安全門關(guān)閉,只有搖臺(tái)揚(yáng)起到位和安全門關(guān)到位,才能發(fā)出開車信號(hào)。

在多中段豎井提升系統(tǒng)中提升機(jī)操車、信號(hào)系統(tǒng)的一個(gè)提升信號(hào)的發(fā)送涉及中段信號(hào)臺(tái)、井口主信號(hào)臺(tái)及絞車房信號(hào)臺(tái),所以每個(gè)中段信號(hào)臺(tái)、井口主信號(hào)臺(tái)及絞車房信號(hào)臺(tái)每班均需配置專職中段信號(hào)操作人員負(fù)責(zé)信號(hào)控制,在礦石提升過程中,僅有提升礦石所在中段信號(hào)臺(tái)、井口主信號(hào)臺(tái)及絞車房信號(hào)臺(tái)參與工作,其他中段信號(hào)操作人員閑置。

在這種模式下4個(gè)中段提升礦石,則此4個(gè)中段信號(hào)臺(tái)就需要配備20個(gè)信號(hào)操作人員,造成了人力資源的極大浪費(fèi)。

2解決思路

針對(duì)該礦井提升機(jī)操車、信號(hào)系統(tǒng)人力資源浪費(fèi),首先考慮減少中段信號(hào)操作人員,即4個(gè)中段信號(hào)臺(tái)每班只保留一個(gè)操作人員,在某中段提升礦石,信號(hào)操作人員就去某中段操作信號(hào)。因?yàn)橹挥幸粋€(gè)中段有信號(hào)操作人員,下放礦井作業(yè)人員及一個(gè)中段礦石提升完成更換下一個(gè)中段時(shí),下一個(gè)中段沒有信號(hào)操作人員,雖然停車開車信號(hào)可以由井口主信號(hào)臺(tái)操作人員發(fā)送,但是到達(dá)下一個(gè)中段時(shí)罐籠內(nèi)無(wú)法控制安全門、搖臺(tái)打開放下,人員無(wú)法進(jìn)出罐籠。所以,只要在罐籠到達(dá)某中段時(shí),能在罐籠里控制安全門及搖臺(tái)就能解決該礦井提升機(jī)操車、信號(hào)系統(tǒng)人力資源浪費(fèi)的問題。

3某多中段礦井豎井提升系統(tǒng)信號(hào)臺(tái)電氣原理分析

在某多中段豎井提升系統(tǒng)礦井中,中段信號(hào)臺(tái)井口機(jī)械操作均由PLC控制,安全門、搖臺(tái)、阻車器等設(shè)備控制信號(hào)互鎖。

3.1控制信號(hào)輸入

控制信號(hào)輸入電氣原理圖如圖1所示。

圖1控制信號(hào)輸入電氣原理圖

由圖1可知,中段信號(hào)臺(tái)井口油泵的啟動(dòng)信號(hào)由按鈕sB3.1輸入PLC輸入端子x44,油泵停止信號(hào)由按鈕sB3.2輸入PLC輸入端子x45,安全門的打開/關(guān)閉信號(hào)由旋柄式按鈕sA3.3輸入PLC輸入端子x50和x51,搖臺(tái)的抬起/放下信號(hào)由旋柄式按鈕sA3.4輸入PLC輸入端子x52和x53,均為開關(guān)量輸入信號(hào)。

3.2中段信號(hào)臺(tái)井口機(jī)械控制原理

PLC輸出電氣原理圖如圖2所示。

圖2PLC輸出電氣原理圖

由圖2可知,中段信號(hào)臺(tái)井口機(jī)械控制由PLC繼電器輸出控制,通過PLC輸出端子Y62或者Y63輸出使繼電器KA5.1或者KA5.2得電,使其常開觸點(diǎn)閉合,控制液壓站安全門開或者關(guān)電磁閥得電,繼而通過液壓控制安全門開或者關(guān)。搖臺(tái)等井口機(jī)械PLC輸出控制是同樣的原理。

3.3安全門、搖臺(tái)等井口機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)及互鎖

當(dāng)安全門、搖臺(tái)等通過按鈕輸入PLC控制動(dòng)作時(shí),其動(dòng)作狀態(tài)通過接近開關(guān)監(jiān)測(cè),中間繼電器常開觸點(diǎn)輸入PLC作為安全門、搖臺(tái)等井口機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào),通過PLC編程實(shí)現(xiàn)安全門、搖臺(tái)等井口機(jī)械控制的互鎖。監(jiān)測(cè)信號(hào)輸入電氣原理

圖如圖3所示。

圖3監(jiān)測(cè)信號(hào)輸入電氣原理圖

由上述分析可知,要保證原有信號(hào)系統(tǒng)和原有井口機(jī)械控制互鎖不受影響,僅對(duì)中段井口安全門、搖臺(tái)進(jìn)行遙控,那么只要對(duì)中段信號(hào)臺(tái)PLC井口機(jī)械控制PLC輸入端子x44和x45、x50和x51、x52和x53三組輸入端子原有控制輸入與遙控輸入并行同時(shí)控制即可實(shí)現(xiàn)。

4無(wú)線遙控在某多中段礦井的實(shí)現(xiàn)

4.1無(wú)線遙控系統(tǒng)的選擇

目前應(yīng)用比較廣泛的遙控技術(shù)主要有紅外線遙控和無(wú)線電遙控兩種。

4.1.1紅外線遙控

紅外線遙控主要由紅外發(fā)射管和接收管完成遙控功能,特點(diǎn)是成本低,穩(wěn)定性較好,原理簡(jiǎn)單,但是穿透性很差,并且會(huì)受到方向和距離的限制。紅外線的遙控距離一般是10m左右。增大發(fā)射功率也只能達(dá)到30m左右。以直徑5mm紅外線發(fā)射二極管例,發(fā)射功率大于100mw,最大發(fā)射距離直線距離10～15m(與接收靈敏度有關(guān)）,用兩個(gè)紅外線發(fā)射二極管來(lái)增強(qiáng)發(fā)射功率,加大遙控距離,直線距離也就30m左右。

4.1.2無(wú)線電遙控

無(wú)線電遙控使用高頻無(wú)線電傳送控制信號(hào),無(wú)線電可以穿透衣物、人體、墻壁、樹林等障礙,沒有方向性,使用的時(shí)候只需確保發(fā)射器與被控設(shè)備距離在遙控范圍內(nèi),無(wú)論發(fā)射器什么方向、無(wú)論是否有障礙物均可控制。一般遙控距離可以達(dá)到100m以上。

4.2選擇無(wú)線電遙控

一方面中段信號(hào)臺(tái)安裝在碉室內(nèi),跟罐籠不在同一直線,而紅外線遙控具有方向性,也就是必須得直線相對(duì)才能控制,無(wú)線電遙控則不存在這樣的問題,只需確保發(fā)射器與被控設(shè)備距離在遙控范圍內(nèi)就能控制:另一方面罐籠內(nèi)有安全鏈,外有安全門等障礙物,紅外線遙控?zé)o法穿透,而無(wú)線電遙控可以。根據(jù)某礦井井下環(huán)境以及上述兩方面原因,選擇了無(wú)線電遙控。

4.3無(wú)線電遙控器選擇

目前市場(chǎng)上已有成熟的無(wú)線電技術(shù)與工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的無(wú)線電遙控器應(yīng)用在起重機(jī)械上。無(wú)線電遙控器的品種很多,除有控制方式和輸出方式區(qū)別外,遙控器本身的控制點(diǎn)數(shù)也是一個(gè)重要因數(shù),正確選擇控制點(diǎn)數(shù)可有效降低系統(tǒng)成本[3]。一般來(lái)講,發(fā)射器上的一個(gè)按鈕占一個(gè)控制點(diǎn):因?yàn)樾鑼?duì)中段信號(hào)臺(tái)PLC井口機(jī)械控制PLC輸入端子x44和x45、x50和x51、x52和x53三組輸入端子原有控制輸入與遙控輸入并行同時(shí)控制,總共6個(gè)控制點(diǎn),那么其控制點(diǎn)數(shù)為原控制點(diǎn)數(shù)加1個(gè)控制點(diǎn):發(fā)射器的急停開關(guān)和鑰匙開關(guān)不占控制點(diǎn)。按照以上基本原則,再參照進(jìn)行遙控改造的實(shí)際操作需求,便可確定發(fā)射器和接收器的具體型號(hào)。在不改變?cè)蠵LC控制系統(tǒng)和使用靈活方便的前提下,選用8個(gè)接點(diǎn)的工業(yè)無(wú)線遙控器,其參數(shù)如下:

(1）具有6個(gè)開關(guān)鍵,一個(gè)急停,一個(gè)開機(jī)按鈕,控制點(diǎn)數(shù)達(dá)8個(gè):

(2）帶有電池電壓警示裝置,在電壓不足時(shí)能自行切斷電路:

(3）使用溫度:-35～＋75℃(符合環(huán)境要求）:

(4）控制距離:可達(dá)100m(滿足控制距離要求）:

(5）安全碼:43億種以上,出廠永不重復(fù):

(6）發(fā)射器電源:直流3V(2節(jié)堿性5號(hào)電池可使用4個(gè)月）:

(7）接收器電源:交流380V/220V可選擇,或直流12V/24V。

4.4設(shè)備連接調(diào)試

確定選用8個(gè)接點(diǎn)的工業(yè)無(wú)線遙控器后,將其接入某礦山中段信號(hào)臺(tái)調(diào)試。

4.4.1接收器接線

接收器本身供電電源,一般分為AC36V、AC220V、AC380V、DC12V、DC24V、DC48V等,選用的是AC380V供電電源。

接收器輸出線路:一般為一根或多根公共線COM線,繼電器觸點(diǎn)輸入線）,其余為繼電器觸點(diǎn)輸出線,也就是輸入線和輸出線之間通過繼電器的常開觸頭連接,相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)的兩端,所以切不可分別接到不同電壓等級(jí)上。

接線圖如圖4所示。

4.4.2接收器與PLC連接

某礦井中段井口信號(hào)控制PLC為三菱Fx2N系列PLC,其輸入端是NPN輸入,也就是低電平輸入有效,由圖1及圖4可知:

(1）接收器橙色COM線接PLC輸入端子COM口:

(2）接收器黃色線接PLC輸入端子x44控制油泵啟動(dòng):

(3）接收器綠色線接PLC輸入端子x45控制油泵停止:

(4）接收器藍(lán)色線接PLC輸入端子x50控制安全門打開:

(5）接收器紫色線接PLC輸入端子x51控制安全門關(guān)閉:

(6）接收器灰色線接PLC輸入端子x52控制搖臺(tái)揚(yáng)起:

(7）接收器白色線接PLC輸入端子x53控制搖臺(tái)落下。

即可滿足控制需求,也不影響原有控制系統(tǒng)。

8個(gè)接點(diǎn)的工業(yè)無(wú)線遙控器操作簡(jiǎn)單易學(xué),某礦井信號(hào)操作人員使用熟練。運(yùn)行三年以來(lái),從未出現(xiàn)控制錯(cuò)亂的情況,井口機(jī)械遠(yuǎn)程遙控穩(wěn)定可靠。

5結(jié)語(yǔ)

通過保持原有信號(hào)控制系統(tǒng)不變,引入無(wú)線遙控技術(shù)對(duì)某礦井部分井口機(jī)械進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控,使得信號(hào)操作人員停車后能在豎井罐籠中控制安全門及搖臺(tái),進(jìn)出罐籠,從而減少信號(hào)操作人員人數(shù),節(jié)約人力資源,降低生產(chǎn)成本。