PLC在煤矿井底车场“信号、集中、闭塞”系统中的应用

荣获“2005年度工控及自动化领域优秀案例”有奖评选 　三等奖
	专家点评：我国煤矿井下信集闭系统大多采用安全型继电器连锁控制，《PLC在煤矿井底车场“信号、集中、闭塞”系统中的应用》一文介绍采用PLC及分布式I/0模块构成远程控制网，取代传统的安全型继电器连锁控制，具有运行稳定、抗干扰性强、连接方便和系统易于修改等特点，具有较好的经济效益和推广意义。

摘要： 　　本文介绍了SRM1可编程序控制器在煤矿井下“信号、集中、闭塞”系统中的应用。由PLC控制的该系统运行稳定、现场抗干扰性较强、具有连结方便、系统易于扩展等特点。 关键词： 可编程序控制器、集中联锁、井底车场 Abstract 　　This paper designs and implements a “signal centralization interlocking”system of shaft station which uses SRM1 PLC as the main controller. The structure of system hardware and control way are described in the paper. It has many advantages, such as the high reliability 、strong anti-jamming ability、good system expansibility. Keywords PLC shaft station centralized interlocking 1． 前言 　　在现代矿井中巷道运送矿物、矸石、人员、材料及设备等的主要工具是电机车。为了保证机车运行的安全、高效，将井下道岔、信号灯、信号发送器等设备及控制信号集中到主控室控制，并根据现场需要实现它们之间的相互闭锁和解锁等，此构成的井下运输“信号、集中、闭塞”系统又简称信集闭系统，可实现运输区段相互闭塞，电气控制相对集中，调度实时监督控制等。我国煤矿井下信集闭系统大多数采用安全型继电器联锁控制来实现，该控制方式在设计时需绘制大量的电气原理图、接线图，设计工作量较大。随着煤矿不断开拓，井底车场线路发生变更时，控制系统修改工作困难，且系统完成功能也受到继电器控制的限制，有些功能不能尽人意。近几年，信集闭系统的控制联锁方式趋向多样化，除继电器联锁控制方式外，有设计采用微机联锁控制、可编程序控制器（PLC）联锁控制、可编程逻辑器件（PLD）联锁控制等方式。本文介绍我们用OMRON公司SRM1可编程序控制器（PLC）做井下信集闭系统的主要控制器并与其它I/O模块构成基于CompoBUS/S现场总线的远程控制网，实现机车运行和系统设备的集中控制、联锁和模拟盘实时运行监视、自动/人工车辆调度，从而保证井下机车运输安全，提高运输效率，减轻劳动强度，降低能源消耗。该系统运行稳定、现场抗干扰性强、具有连结方便、系统易于扩展等特点。 　　图一为某矿井底环形车场平面布置图。车场东西两翼2.5Km，各翼分别布置有一条重车道和轻车道，向北0.4Km 和0.9Km分别至副井罐笼和主井翻车笼。图中详尽地标明了车场结构、区段划分和电动道岔、弹簧道岔、人工道岔、色信号灯等设备的布置情况。根据该矿生产实际，列车或机车在此车场内共有十种作业：1）、将西翼发来的煤车（重车）调到主井后，机车返回区段8待命；2）、将西翼发来的矸石车或其它车辆调到副井，机车返回区段8待命；3）将东翼发来的煤车调到主井后，机车返回区段8待命；4）将东翼发来的矸石车或其它车辆调到副井，机车返回区段8待命；5）机车由区段8调往主井；6）机车由区段8调往副井；7）将主井空车（轻车）发往西翼；8）将主井空车发往东翼；9）将副井空车或材料车等发往西翼；10）将副井空车或材料车等发往东翼。此10种作业又可按完成作业时所经车场区段划分为14条进路，其中共用一个运行区段或一组道岔的两个进路则互为敌对进路。为防止机车发生碰头、侧撞、追尾等事故，互为敌对进路不允许同时开放并进行电气闭锁，所以全车场共设八台色灯信号机、五台电动转辙机对进路或有关区段进行防护，各进路联锁如下表所示。 3． 系统设计 3．1 硬件设计 　　整个系统采用OMRON公司CompoBUS/S控制系统构成进路式分布控制方式，根据系统电动转辙机、手动道岔、信号机、区段数、模拟盘上显示光带数等计算出系统I/O点数，确定远程I/O模块个数及分布。控制主机采用SRM1-C02型PLC，它最多可以构成一个多达32个从站、拥有256个I/O点的分散I/O控制系统，并通过SRM1-C02的RS-232C端口连接一台上位机作监控、管理、编程。从站根据需要选配远程继电器输出端子SRT1-R0F08和远程晶体管输入端子SRT1-RD08，电缆采用型号为VCTF-JISC3306的乙烯基屏蔽电缆，网络终端阻抗器为SRS1-T，电源采用OMRON的S82S-0724电源箱。 图二为该系统硬件组成框图。 3．2 软件设计 　　本系统可编程序控制器控制程序采用模块化结构设计，根据信集闭系统控制功能的不同，将程序分为八个模块分别编程和调试，最后进行综合调试，控制程序流程如图三。主要有调度模拟盘状态监测程序，用来监测模拟盘上机车行驶区段光带显示状态，为调度员提供井下机车实时行驶位置；电动道岔控制及状态监控程序，根据系统联锁控制逻辑对电动转辙机进行控制，同时监测所有电动道岔当前位置状态和执行情况，为保证电动道岔工作正常，在程序中设置动作反应监测功能，若发生道岔夹矸或挤岔故障，自动发出声光报警；进路监测控制程序，专门对系统14条进路监测与监控，根据作业种类对有关的电动道岔和敌对进路的信号实行闭锁，非敌对进路和其他电动道岔进行解锁。机车闯红灯报警程序，是由机车当前位置与所占进路闭锁状态、该进路信号灯状态进行逻辑判断识别，发现闯红灯机车立即进行声光报警，并对有关进路及时进行闭锁，防止机车碰头、侧撞、追尾事故的发生。为提高系统程序的可靠性和抗干扰性，在编程中还多处设置“看门狗”定时器，增强程序的自诊断能力。本程序设置有人工和自动两种控制方式，正常情况下采用自动控制方式，减轻工作人员劳动强度。井下特殊情况时，可由自动方式转换为人工调度状态以满足井下运输要求。 　　本系统编程采用基于Windows平台的SYSMAC-CPT编程软件，它适用于OMRON大、中、小型PLC的用户程序编制和监控。其功能1）脱机编程：可用梯形图语言或指令编程，可实现多窗口、多工程、多任务运行，还可发挥剪切板的功能，方便地实现程序的剪切、复制、粘贴等编程功能。编程之后可进行语法检查，帮助纠正程序语法错误。2）监控运行：PLC通过RS232-C接口与上位机相连，计算机可监视PLC的工作；可观察任何工作位的状态；可读所有数据；还可强置某些工作位处于ON或OFF状态。也可根据需要方便地与煤矿局域网链接。3)文件管理：对所编的程序可存储为磁盘文件，这些文件可按照计算机管理文件的办法进行管理、程序打印等。4）在线修改：监视运行时需修改控制程序或发现程序存在问题，除脱机修改外，在问题不太多，又是允许的情况下可再线更改程序。这种边运行、边更改，既不耽误PLC的工作，又可直接地发现与排除故障，是现场较方便的调试与完善程序的方法。 4． 现场抗干扰措施 　　由于煤矿井下供电的特殊性，必须考虑存在的各种干扰对系统的影响，抗干扰问题是系统设计的一个至关重要的内容，因此从软、硬件设计上采取相应的措施以增强系统的抗干扰能力。井下主要干扰源是由电源和接地系统造成的。如煤矿井下采用变压器中性点不接地供电方式，供电系统含高次谐波成份较大；井下采煤机、主水泵、运输机等大、中型电气设备使用较多且工作启动频繁，电网电压波动较大；直流架线电机车在巷道中运行，铁轨作为一个电极其流入大地的杂散电流较多；电机车集电弓与架空线接触不良产生电火花造成电磁辐射干扰等。这些由电源和接地系统造成的干扰对系统正常工作十分不利，为此我们采取一些措施防止干扰： 1） 对来自配电系统的干扰，在原配电屏的220V输出级增加一级抗干扰交流稳压器，使配电系统的干扰降至最小。 2） PLC主机箱采用金属壳，并设计安装PLC的专用接地线，接地电阻小于5Ω，构成屏蔽外壳，以防止电磁辐射干扰，。 3） PLC I/O信号均利用光电耦合器件实现电路上的隔离。 4） 现场CompoBus/s传输线均采用屏蔽线，并且传输电缆、控制电缆、电源电缆分别设计安装在不同线槽或导管内，线槽之间的距离不小于300毫米，防止外部干扰信号窜入系统。 5） 在软件编程中，对执行元件、设备采用看门狗定时器或动作反应检测程序进行监控，因干扰或误动作出现故障可及时报警、显示，已备诊断。 　　以上措施加上PLC本生具有的高抗干扰能力，使本系统取得了很好的现场抗干扰效果。 5． 结束语 　　煤矿井下车场信集闭系统采用PLC构成的现场网络控制，充分发挥了PLC远程智能化控制优点，具有人工/自动调度指挥功能、机车闯红灯报警功能、道岔复位及故障自检测功能、模拟盘显示自检功能，大大增强了系统工作的可靠性，提高了系统抗<