井下跑车防护装置的设计与研究

金 卓

（国家能源集团内蒙古平庄能源股份有限公司，内蒙古赤峰024000）

0 引言

目前，国内生产的跑车防护装置可以分为常开式跑车防护装置和常闭式跑车防护装置，其控制方式有手动控制式、电磁感应控制式、雷达测速控制式、光电传感器控制式等。常开式跑车防护装置已不能满足《煤矿安全规程》的要求[1-5]，故市面上常闭式跑车防护装置种类较多，但其目前存在误动作率比较高、数据采集系统易出故障和事故后恢复困难等问题。

为保证矿山生产和人员的安全，提升系统必须安全可靠运行，基于此，本文采用PLC控制技术设计了一种常闭式跑车防护装置（图1），详细分析了该装置的系统结构、技术参数、工作原理等内容，设计了监控子程序，有效降低了该装置误动作率和数据采集故障率，提高了矿井斜井运输系统的安全性与可靠性。

图1 跑车防护装置示意图

1 跑车防护装置主要功能

井下跑车防护装置主要负责监控车辆的状态、位置信息，根据逻辑关系判断是否触发拦车功能、故障报警、程序监控功能、故障录波功能。井下跑车防护装置的功能图如图2所示。

井下跑车防护装置分四部分，分别为模拟量采集模块、主控模块、拦车控制模块、开关量控制模块。各控制子模块的信号均通过MODBUS总线上传至主控模块，主控模块通过分析各子模块的信息和逻辑运算，之后向各子模块发出不同的动作指令，完成拦车控制、报警与信号上传后台监控系统，并能够储存故障信息，完成故障录波功能，为工作人员分析故障信息提供帮助。根据保护装置技术要求，保留50条故障录波信息。

主控模块实时监测车辆的转速信号、位置信号、深度信号；分别协调控制拦车回路和报警回路，并根据两个回路的状态完成拦车和报警控制；将设备的参数、状态信息上报后台监控系统，为车辆在后期的维护、检修提供参考。

图2 跑车防护装置功能图

2 控制原理

跑车防护装置的控制原理如图3所示。

图3 控制原理图

主控模块方面采用目前煤矿系统应用比较成熟的PLC作为跑车防护装置的控制、运行、远程监控、数据采集与报警等的主要元器件。该控制方式优点是电路简单、抗干扰能力强、适用性强。远程监控方面设置了登录界面、矿车状态界面、捕车绳网状态画面、故障报警画面、参数设置画面等内容，还设置了登录管理权限和参数设置权限，以保证系统的安全性与可靠性。该模块可以通过监控界面实现对整个跑车防护装置的运行情况进行在线监控，通过设置常闭式捕车绳网，在矿车跑车时进行可靠拦截。

（1）当发生跑车时，脉冲旋转编码器检测到的位置差异超过定值，PLC收到信号后，立即向阻车器、捕车绳网发出动作指令，切断提升机电气回路，有效防止矿车因故障冲出巷道，造成事故进一步扩大。

（2）矿车位置判断，设置位置传感器。当矿车运行至不同的位置传感器时，对矿车位置进行确认，同时对脉冲旋转编码器进行计数并清零，完成矿车位置的确认。

（3）当矿井提升速率超过捕车绳网的动作点时，阻车器、捕车绳网动作实现车辆的动作捕车。将捕车安全绳网状态和车辆状态及时上传至监控系统，并可通过显示器进行实时监控。

（4）故障报警。设置了与PLC联动的语音报警系统，当故障发生后，采用语音提示和监控报警的双系统。不同的故障类型对应不同的语音提示，并对故障进行存储，监控人员和维修人员可以随时调取故障信息（包含故障起始时间、故障类型等内容），以便有针对性地下发维修计划。

3 控制方案

根据跑车防护装置的工作原理，跑车防护装置程序的控制流程图如图4所示。PLC开机启动后首先对程序及控制设备各个分支程序数据进行初始化，校验各分支程序的功能及其工作状态；动态检测转速信号、位置信号、深度信号；进入主程序向后台监控系统上报车辆状态，实时监测是否接收到后台监控系统发出的动作指令并执行。

图4 控制系统主流程图

（1）正常运行过程：正常提物情况下，PLC根据位置传感器、旋转编码器等判断矿车的位置、运行速度、运行方向、运行状态、捕车绳网以及阻车器等的位置和状态，是否有故障灯信息，并将这些数据及时传递至监控系统。

（2）拦车过程：当发生跑车时，旋转编码器检测到位置差异超过定值，各巷道捕车绳网下放，阻车器动作，实现矿车的可靠拦截。当旋转编码器检测的位置未达到定值时，由于跑车造成矿车冲击挡车栏，依旧会造成阻车器和捕车绳网动作，实现矿车的可靠拦截。跑车时触发故障告警。

（3）监控子程序：负责监控主程序及各分支程序在运行过程中是否正常、是否出现程序跑飞等错误，并发出报警信息。

4 结语

本文采用PLC控制技术设计了一种跑车防护装置，设计了主程序和监控子程序，实现了捕车绳网的自动起落，有效降低了该装置误动作率和数据采集故障率，提高了矿井斜井运输系统的安全性与可靠性，完全不用人工操作，避免了人员误操作带来的安全隐患。该跑车防护装置实施后，矿车监控人员只需通过监控界面就能及时观察各项状态与参数，不需要停车或等待人工检查确认捕车绳网的位置等信息，有效降低了维修费用，节约了运输时间。