基于N∶N网络的斜井跑车防护装置组态监控系统

马天兵，杜 菲，任明远，丁雪松

(安徽理工大学机械工程学院，安徽 淮南 232001)



基于N∶N网络的斜井跑车防护装置组态监控系统

马天兵，杜 菲，任明远，丁雪松

(安徽理工大学机械工程学院，安徽 淮南 232001)

针对斜井运输中跑车事故具有突发性、严重性等特点，设计了一种基于N∶N网络和MCGS组态软件的三档跑车防护装置监控系统，采用三菱FX系列PLC组建N∶N网络实现对输入信号的处理和控制信号的输出，上位机通过MCGS组态软件搭建监视系统，实现对整个运输系统的动态监控，安全可靠，自动化程度较高，在一定程度上预防了斜井跑车事故。

组态；斜井跑车；监控

研究表明，2001～2013年全国煤矿运输事故伤亡人数占煤炭生产事故总伤亡人数的11.9%，而煤矿运输安全事故中死亡人数最多的是斜井跑车事故[1]。如何实现对斜井跑车防护装置进行实时监控成为众多专家学者所研究的重点。随着自动化水平的提高，PLC控制技术已被广泛应用于对斜井跑车防护装置的控制领域。文献[2]应用PLC和视屏成像技术实现对斜井跑车防护装置的监控，文献[3]通过位移传感器来接收控制信号并应用视屏探头来观察运行情况，文献[4]借助8031单片机和霍尔传感器来对设备进行控制和监测，文献[5]通过各种传感器来进行信息采集然后经过设计电路进行反馈处理。从上述各种控制方案来综合分析可知，虽然能够在一定程度上解决问题，但不足之处尤为明显，如监控设备配套设计的人机界面价格昂贵，可视性差，缺乏灵活性等。本文根据矿下斜井巷道延伸较长的实际情况设计了适合“一坡三挡”基于N∶N网络的PLC控制系统，该控制系统通过专用的通讯模块FX-485-BD通讯板实现以主站为核心从站为辅助的网络群控模式，克服了传统的单控制核心所带来的信号传输难题；为了检测矿车的失控状态，在三个挡车栏前方分别装有霍尔传感器并通过程序设计来测量和显示矿车当前点的速度，做到跑车失控时能够及时警报；上位机采用具有良好可视性和灵活编程特点的MCGS组态软件来设计防护装置自动监控界面，能够实现对防护系统的各个关节实现实时动态监控。实验证明该设计具有安全系数高、可靠性高、界面逼真和实时性好的特点，能够实现对斜井跑车防护装置进行准确的实时监控的目的。

1 系统的设计要求

根据文献[6]制订了如下设计要求：

1) 矿车下行，主站PLC对提升机上的旋转脉冲编码器发出的脉冲进行计数，当达到设定值时，各从站PLC依次控制收放绞车电机正转完成上提挡车栏操作。红灯熄灭，黄灯点亮，挡车栏被提起，当挡车栏处于打开状态，这时绿灯点亮，矿车可顺利通过。当矿车通过挡车栏后，各从站PLC将依次控制电机反转下放挡车栏，同时监控箱绿灯熄灭，黄灯点亮，挡车栏下放到下限位后，从站PLC控制收放绞车停止下放挡车栏，监控箱红灯点亮，挡车栏进入“常闭”状态。

2) 矿车上行，各从站PLC依次接收并处理编码器信号进而控制收放绞车上提挡车栏，监控箱熄灭红灯，黄灯点亮，挡车栏上提到达上限位时，将发出挡车拦到位信号，停止上提，监控箱黄灯熄灭，绿灯点亮；这时矿车继续上行，当收放绞车编码器发出信号(矿车上行通过挡车栏)，各从站PLC将控制接触器使电机反转，完成下放挡车栏动作，下放到下限位后，电机停转，下放停止，监控箱红色指示灯点亮。此时，挡车栏处在常闭状态并锁定，整个运输巷道处于封闭状态，起到跑车防护作用。

3) 如果由于某种原因(机械故障或电气故障)，控制系统在规定时间内若未检测到下放挡车栏或上提挡车栏离开或到达上、下限位信号，PLC将自动使电机断电停止工作，并发出报警，这时警铃响，报警指示灯闪烁，使系统得到保护。(按下复位功能按钮，可解除报警)。

4) 主站PLC接收安放在各挡车栏附近的霍尔传感器脉冲信号，通过控制程序计算出矿车实时运行速度，一旦发生失控超速将驱动报警灯发出警报。

5) 该控制系统具有猴车、矿车切换功能以满足猴车的正常使用。

2 控制系统程序设计

2.1 N∶N网络配置

本文采用四台FX2N系列PLC通过FX2N-

485-BD通信模块N∶N网络进行并行通信，如图1所示。

图1 N∶N网络连接示意图

在N∶N网络中，为了对群控网络进行初始化设置，需要对特殊寄存器进行赋值。同时为实现主站PLC与各从站的互相通信，PLC内部有一端共享区域段，该区域内的数据通过特殊寄存器实时发送给网络中的其他PLC设备。根据三栏挡车栏的联网需求，特殊寄存器及共享寄存器软元件设置如表1～表2所示。

表1 特殊数据寄存器初始化设置

表2 软元件功能分配表

2.2 监控系统结构

本文在设计上不仅能够实现基本控制功能还在程序的逻辑结构上进行了优化，使得整个控制系统更加稳定。

图2 控制系统逻辑流程图

整个监控系统硬件有计算机、三菱FX1N型PLC、2REX-A-SA型旋转脉冲编码器、CJX2-09型交流接触器、E3S-GS30C1光电开关、HJK-5002C霍尔传感器等设备组成。

3 MCGS组态软件监控系统设计

本文通过MCGS组态软件提供的元件库调用合适的图形搭建了一套完整的监控界面，通过变量定义、动画连接建立起丰富的可视化界面。作为整个监控系统的上位机，MCGS组态软件还起到与PLC控制系统构筑通讯通道的作用。

图3 设置连接通道

系统搭建的关键是将组态软件中编辑的变量与PLC控制系统的变量进行合理的对接，从而做到数据共享的状态。

表3 通道连接对照表

4 实验调试

本系统模拟矿下环境建造实验装置如图4所示，通过实验调试能够稳定实现“上行车”、“下行车”、“猴车矿车切换”等基本功能，状态稳定，性能优异。

图4 实验装置图片

5 结束语

本文根据斜井跑车防护装置监控过程设计要求，在MCGS中建立了实时数据库，开发了自动监控界面，可与三菱FX系列PLC所搭建的N∶N网络控制系统实时通讯，实现信号采集与控制。整个系统可动态显示防护装置的运行过程，可视化和自动化程度较高，可靠性好，较好地满足了工程实践的要求。

[1] 牛超， 施龙青， 肖乐乐， 等. 2001-2013年煤矿生产事故分类研究[J]. 煤矿安全， 2015， 46(3)： 208-211.[2] 张喜麟.煤矿斜井跑车综合防护监控系统设计[J].煤矿开采， 2011， 16(2)： 83-84.

[3] 李世东. 煤矿斜井跑车综合防护监控系统研究[J].中国信息化，2012(24)：401.

[4] 马智民. 新型常开式斜井跑车防护装置监测控制系统的研究与设计[J].煤炭技术，1998(1)：35-36.

[5] 张建军.矿用常闭式斜井防跑车监控装置[J].煤矿机电，1997，6(12)：36-38.

[6] 袁秀英，石梅香. 计算机监控系统的设计与调试-组态控制技术[M].北京：电子工业出版社，2009：8-200.

(责任编辑：李 丽)

Design of Configuration Monitoring System of Protection Device for Inclined Shaft Runaway Car Based on N∶N Network

MA Tian-bing, DU Fei, REN Ming-yuan，DING Xue-song

(School of Mechanical Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan Anhui 232001,China)

Aiming at sudden and severity characteristics during the car accident under Mine Shaft transportation, a kind of monitoring and control system for three sports protective equipment is designed based on N∶ N network and MCGS configuration software in this paper. Mitsubishi FX series PLC is used to form N∶ N networks for achieving the input signal processing and controlling output signal. Dynamic monitoring of the whole transport system can be observed by the MCGS configuration software. This system can prevent the tramcar accident to some extent and have the advantages such as safe, reliable and high degree of automation.

configuration; inclined shaft runaway car; monitoring

2016-08-01

中国煤炭工业协会2014年度科学技术研究指导性计划基金资助项目(MTKJ2014-238) ；安徽省教育厅基金资助项目(KJ2015ZD019)

马天兵(1981-)，男，安徽庐江人，教授，博士，研究方向：机电一体化。

TP277

A

1672-1098(2016)05-0030-05