1、系統(tǒng)概述
煤礦井下采用絞車系統(tǒng)運(yùn)輸開采的原煤，為了保護(hù)人員和設(shè)備的安全，國家明確規(guī)定煤礦井下運(yùn)輸斜巷必須安裝使用防跑車裝置三菱PLC 斜巷運(yùn)輸過程中，礦車牽引鋼絲繩斷裂發(fā)生跑車事故，跑車防護(hù)裝置的擋車欄不應(yīng)打開，起到攔截失控礦車（擋車）的作用三菱PLC
每套擋車欄攔截失控礦車的最大能量一定，依據(jù)擋車欄額定擋車能量、斜巷參數(shù)以及運(yùn)行礦車參數(shù)，理論上可以計(jì)算出一條運(yùn)輸斜巷需要安裝擋車欄數(shù)量FX3GA 實(shí)際大約1km的煤礦斜井運(yùn)輸巷道一般都會(huì)安裝布置有6~10多套擋車欄FX3GA
2、工藝特點(diǎn)
絞車運(yùn)輸控制系統(tǒng)一般安裝在地面或井下斜巷上平車場(chǎng)的操作室，為了使絞車司機(jī)更加客觀準(zhǔn)確了解掌握礦車運(yùn)行情況，現(xiàn)在大部分煤礦使用了視頻傳輸系統(tǒng)將運(yùn)輸?shù)V車經(jīng)過的各個(gè)擋車欄監(jiān)控視頻上傳顯示在絞車司機(jī)面前FX3GA 視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般采用光纖傳輸，配合監(jiān)控跑車防護(hù)裝置的擋車欄，這里主要介紹一種基于RS485雙絞線傳輸網(wǎng)絡(luò)的跑車防護(hù)裝置控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠判斷礦車運(yùn)行位置，適時(shí)打開關(guān)閉擋車欄，保障運(yùn)輸安全；同時(shí)將擋車欄運(yùn)行狀態(tài)信息上傳顯示給絞車司機(jī)礦井
從千米井下將擋車欄狀態(tài)信息一對(duì)一傳輸?shù)浇g車房（控制室）的集控方式顯然不宜采用，網(wǎng)絡(luò)化的集散控制方式成為必然選擇礦井
工藝要求運(yùn)輸?shù)V車不論向上還是向下運(yùn)行到達(dá)關(guān)閉的擋車欄跟前時(shí)必須上提打開擋車欄使礦車順利通過，礦車完全通過擋車欄后擋車欄必須下落關(guān)閉，做好安全防護(hù)的準(zhǔn)備礦井 作為安全防護(hù)設(shè)備，當(dāng)然要求可靠性放在第一位，目前業(yè)界基本都采用可靠性高的PLC作為控制器設(shè)計(jì)開發(fā)跑車防護(hù)裝置控制系統(tǒng)。
判斷運(yùn)輸?shù)V車是否到達(dá)擋車欄跟前需要打開擋車欄是本系統(tǒng)的關(guān)鍵。目前業(yè)界定位礦車位置主要有編碼器定位、深度指示器定位、軌道傳感器定位三種方式。本文討論選用深度指示器定位方式。
3、控制系統(tǒng)構(gòu)成
三菱公司FX系列PLC在國內(nèi)擁有較大的市場(chǎng)份額。本項(xiàng)目我們采用三菱FX3GA（FX3GA-24MR-CM）作為主控制器，每臺(tái)主控制器擴(kuò)展一個(gè)RS485通訊口（FX3G-CNV-ADP + FX3U-485ADP-MB），多臺(tái)控制器通過擴(kuò)展的RS485通訊口連接組網(wǎng)（三菱稱之為N:N網(wǎng)絡(luò)）。網(wǎng)絡(luò)中主站控制器布置在運(yùn)輸絞車控制室，采集礦車位置信號(hào)；分站控制器布置在擋車欄附近，就地控制擋車欄提升下放，一個(gè)分站對(duì)應(yīng)控制一個(gè)擋車欄。主站控制器FX3GA-24MR-CM編程口連接昆侖通態(tài)的HMI（TPC1061Ti）顯示各個(gè)擋車欄的狀態(tài)信息。整個(gè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖一所示。

由于煤礦井下使用設(shè)備防爆要求，整個(gè)系統(tǒng)由防爆箱體主控箱、電控箱、操作箱組成。主控箱做主站，電控箱做分站，操作箱相當(dāng)于上位機(jī)。主站、分站之間屬同品牌PLC通訊連接，主站另外一個(gè)通訊口（FX3GA-24MR-CM編程口）連接上位機(jī)— 昆侖通態(tài)HMI（TPC1061Ti）。操作箱中用到了一個(gè)臺(tái)達(dá)小型PLC（DVP14SS211T）采集面板按鍵信號(hào)，由于防爆設(shè)計(jì)中本安電路與非本安電路隔離的要求，操作箱面板上的本安按鍵信號(hào)經(jīng)過了隔離轉(zhuǎn)換成非本安信號(hào)后才連接到PLC（DVP14SS211T）。昆侖通態(tài)HMI（TPC1061Ti）一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的9針串口引腳定義了兩個(gè)通訊接口，一個(gè)RS232（COM1）和一個(gè)RS485（COM2）分別連接了主站三菱PLC（FX3GA-24MR-CM）和操作箱中一只臺(tái)達(dá)PLC（DVP14SS211T）。
絞車工作牽引礦車上行運(yùn)煤，主站PLC接收到礦車到達(dá)擋車欄后方特定位置信號(hào)，下發(fā)指令給相應(yīng)的分站PLC控制對(duì)應(yīng)擋車欄提升；礦車順利通過擋車欄，主站PLC接收到礦車上行到達(dá)擋車欄前方特定位置信號(hào)，下發(fā)指令給相應(yīng)的分站PLC控制對(duì)應(yīng)擋車欄下放。礦車向下運(yùn)行，主站PLC接收到礦車到達(dá)擋車欄前方特定位置信號(hào)，下發(fā)指令給相應(yīng)的分站PLC控制對(duì)應(yīng)擋車欄提升；礦車順利通過擋車欄，主站PLC接收到礦車到達(dá)擋車欄后方特定位置信號(hào)，下發(fā)指令給相應(yīng)的分站PLC控制對(duì)應(yīng)擋車欄下放。各擋車欄狀態(tài)信息集中傳送到主控PLC，由HMI顯示提供給絞車司機(jī)監(jiān)視，擋車欄故障時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，提醒司機(jī)做相應(yīng)處理。
操作箱上設(shè)置有控制面板，可以集中控制所有聯(lián)網(wǎng)擋車欄動(dòng)作、故障復(fù)位，也可以單獨(dú)控制某套擋車欄運(yùn)行。
4、系統(tǒng)調(diào)試
分站控制擋車欄運(yùn)行調(diào)試
1)校正電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向與提升下放擋車欄指令一致。
2) 擋車欄提升下放多次，校正固定好機(jī)械裝置后設(shè)置PLC中擋車欄運(yùn)行時(shí)間參數(shù)（擋車欄上下限位傳感器故障后，有這個(gè)時(shí)間參數(shù)，計(jì)時(shí)時(shí)間到同樣也可以停止擋車欄的運(yùn)行），設(shè)置分站PLC站號(hào)。
主站礦車位置檢測(cè)傳感器位置確定
深度指示器旋轉(zhuǎn)絲杠上固定一個(gè)不隨絲杠旋轉(zhuǎn)的滑塊，絞車正轉(zhuǎn)，礦車下行，旋轉(zhuǎn)絲杠上的滑塊向下滑動(dòng)。
1)礦車剛好運(yùn)行到擋車欄下方，此時(shí)停止絞車，深度指示器絲杠上的滑塊位置就代表了礦車的實(shí)際位置。在此滑塊端面位置固定一個(gè)電感式接近傳感器，傳感器感應(yīng)面與滑塊端面中心對(duì)正，使傳感器能感應(yīng)到滑塊輸出信號(hào)。
2)每套擋車欄位置檢測(cè)相同，巷道內(nèi)有多少擋車欄深度指示器上就要固定有多少個(gè)電感式接近傳感器來確定礦車位置。
主站、分站單獨(dú)調(diào)試完成后就可以聯(lián)網(wǎng)放車模擬實(shí)際運(yùn)行看運(yùn)行效果了。
5、系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
1)同品牌PLC（三菱FX3GA-24MR-CM）之間組網(wǎng)，編程簡(jiǎn)單，通訊可靠，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。
2)礦車位置非線性檢測(cè)，間接采用深度指示器上的電感式接近傳感器指示礦車特定位置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受周遭環(huán)境影響小，相對(duì)于編碼器線性檢測(cè)礦車位置可靠性要好。
3)采用高分辨率觸摸屏顯示礦車狀態(tài)、擋車欄狀態(tài)以及系統(tǒng)參數(shù)，簡(jiǎn)潔直觀。現(xiàn)場(chǎng)幾乎不需要調(diào)試，只需連接好與主站通訊線后提供電源就可工作。
4)選用三菱第三代小型PLC（FX3GA-24MR-CM），由三菱電機(jī)自動(dòng)化機(jī)器制造（常熟）有限公司在江蘇省常熟高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)東南大道3號(hào)的工廠生產(chǎn)。該款PLC性價(jià)比高，供貨周期短，內(nèi)置編程通訊Mini-B小U口，沒有專用編程電纜的情況下使用一根普通U口數(shù)據(jù)線（我用了以前老款諾基亞手機(jī)的數(shù)據(jù)線）就可以完成程序上傳下載任務(wù)，速度很快，使用方便。
5)主機(jī)CPU（FX3GA-24MR-CM）通過FX3G-CNV-ADP連接擴(kuò)展一塊RS485通訊用特殊適配器 FX3U-485ADP-MB，F(xiàn)X3U-485ADP-MB支持標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議，官方給出的通訊總延長距離500米，本系統(tǒng)中使用三菱N:N網(wǎng)絡(luò)，通訊設(shè)置在9600波特率，6臺(tái)（包括主分站）聯(lián)網(wǎng)，在井下接近1000米范圍內(nèi)通訊亦然穩(wěn)定可靠，整套設(shè)備運(yùn)行正常。
6、總結(jié)
1)各品牌HMI一對(duì)一連接各大品牌PLC相信大家已經(jīng)耳熟能詳。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一臺(tái)HMI要與兩臺(tái)不同品牌不同通訊接口的PLC連接，初期選型階段反復(fù)核查了昆侖通態(tài)HMI（TPC1061Ti）通訊口，確認(rèn)一個(gè)物理接口（D型9針接口）集成了一個(gè)RS232（COM1）和一個(gè)RS485（COM2）兩個(gè)通訊接口，兩臺(tái)PLC分別與兩個(gè)通訊接口連接理論上沒有任何問題。HMI與PLC連接關(guān)系如下圖二所示。

這個(gè)結(jié)構(gòu)在HMI組態(tài)時(shí)遇到了不小的挫折，最后試了多次后才找到問題根源。
最初使用圖三組態(tài)結(jié)構(gòu)，臺(tái)達(dá)PLC可以連接，三菱PLC連接不上。由于以前沒有上位機(jī)直連三菱編程通訊口（RS422）的經(jīng)驗(yàn)，TPC1061Ti用戶手冊(cè)上又是通過在通訊線中串聯(lián)電阻實(shí)現(xiàn)RS232接口與RS422接口連接，反復(fù)更換串聯(lián)電阻、修改組態(tài)后三菱PLC還是連接不上。

靜心仔細(xì)想想，兩臺(tái)PLC硬件接口不同，需要HMI提供2個(gè)不同的通訊接口，這個(gè)在初期選型階段就考慮到了，到了末期組態(tài)編程階段又犯了同樣的錯(cuò)誤。一個(gè)“父設(shè)備”（相當(dāng)于一個(gè)串口）怎么能連接兩個(gè)不同的通訊接口的PLC呢？
改用圖四組態(tài)連接，問題馬上得到解決。

2)熟悉FX2N系列PLC之間的N:N網(wǎng)絡(luò)編程，第一次嘗試使用FX3GA實(shí)現(xiàn)N:N網(wǎng)絡(luò)，參考了用戶手冊(cè)后，使用后者與使用前者基本沒有不同，實(shí)現(xiàn)起來還是很容易，并且三菱FX控制器N:N網(wǎng)絡(luò)一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)就是各個(gè)分站之間可以直接交換數(shù)據(jù)，不需要通過主站中轉(zhuǎn)。三菱用戶手冊(cè)中給出的鏈接軟元件見下圖五。

在1#從站中可以直接讀主站數(shù)據(jù)也可以直接讀2#從站數(shù)據(jù)如下圖六程序：

上圖動(dòng)作一表示在1#從站中直接讀出儲(chǔ)存在主站M1000~M1003軟元件中的數(shù)據(jù)，輸出到Y(jié)010~Y013；動(dòng)作二表示在1#從站中將輸入狀態(tài)量X000~X003儲(chǔ)存在1#交換區(qū)軟元件M1064~M1067中供其他站使用；動(dòng)作三表示在1#從站中直接讀出儲(chǔ)存在2#從站數(shù)據(jù)交換區(qū)軟元件M1128~M1131中的數(shù)據(jù)，輸出到Y(jié)020~Y023。