无线遥控在多中段竖井提升系统井口机械控制中的应用

引言

在军事、工业、医疗以及人们的日常生活中,无线遥控技术得到了普遍应用。由于无线遥控技术在提高作业的安全性,提升劳动生产率及减轻劳动强度等方面起着积极的作用,所以在工业自动化控制中无线遥控技术的应用已越来越被人们重视,无线遥控是指实现对被控目标的非接触遥远控制,目前应用比较广泛的无线遥控技术主要有红外线遥控和无线电遥控[1]。

1某矿井多中段竖井提升系统井口机械控制现状

在竖井提升系统中,井口机械包括中段(井口）信号台、安全门、摇台、阻车器等设备设施,这些井口机械均由PLC控制且信号互锁,即:

(1）一个中段发出开车信号后,其他中段发不出开车信号:

(2）罐笼停稳后,只有安全门打开到位后,才能控制摇台落下:

(3）发出开车信号前必须阻车器关到位、摇台扬起到位后才能控制安全门关闭,只有摇台扬起到位和安全门关到位,才能发出开车信号。

在多中段竖井提升系统中提升机操车、信号系统的一个提升信号的发送涉及中段信号台、井口主信号台及绞车房信号台,所以每个中段信号台、井口主信号台及绞车房信号台每班均需配置专职中段信号操作人员负责信号控制,在矿石提升过程中,仅有提升矿石所在中段信号台、井口主信号台及绞车房信号台参与工作,其他中段信号操作人员闲置。

在这种模式下4个中段提升矿石,则此4个中段信号台就需要配备20个信号操作人员,造成了人力资源的极大浪费。

2解决思路

针对该矿井提升机操车、信号系统人力资源浪费,首先考虑减少中段信号操作人员,即4个中段信号台每班只保留一个操作人员,在某中段提升矿石,信号操作人员就去某中段操作信号。因为只有一个中段有信号操作人员,下放矿井作业人员及一个中段矿石提升完成更换下一个中段时,下一个中段没有信号操作人员,虽然停车开车信号可以由井口主信号台操作人员发送,但是到达下一个中段时罐笼内无法控制安全门、摇台打开放下,人员无法进出罐笼。所以,只要在罐笼到达某中段时,能在罐笼里控制安全门及摇台就能解决该矿井提升机操车、信号系统人力资源浪费的问题。

3某多中段矿井竖井提升系统信号台电气原理分析

在某多中段竖井提升系统矿井中,中段信号台井口机械操作均由PLC控制,安全门、摇台、阻车器等设备控制信号互锁。

3.1控制信号输入

控制信号输入电气原理图如图1所示。

图1控制信号输入电气原理图

由图1可知,中段信号台井口油泵的启动信号由按钮sB3.1输入PLC输入端子x44,油泵停止信号由按钮sB3.2输入PLC输入端子x45,安全门的打开/关闭信号由旋柄式按钮sA3.3输入PLC输入端子x50和x51,摇台的抬起/放下信号由旋柄式按钮sA3.4输入PLC输入端子x52和x53,均为开关量输入信号。

3.2中段信号台井口机械控制原理

PLC输出电气原理图如图2所示。

图2PLC输出电气原理图

由图2可知,中段信号台井口机械控制由PLC继电器输出控制,通过PLC输出端子Y62或者Y63输出使继电器KA5.1或者KA5.2得电,使其常开触点闭合,控制液压站安全门开或者关电磁阀得电,继而通过液压控制安全门开或者关。摇台等井口机械PLC输出控制是同样的原理。

3.3安全门、摇台等井口机械状态监测及互锁

当安全门、摇台等通过按钮输入PLC控制动作时,其动作状态通过接近开关监测,中间继电器常开触点输入PLC作为安全门、摇台等井口机械状态监测信号,通过PLC编程实现安全门、摇台等井口机械控制的互锁。监测信号输入电气原理

图如图3所示。

图3监测信号输入电气原理图

由上述分析可知,要保证原有信号系统和原有井口机械控制互锁不受影响,仅对中段井口安全门、摇台进行遥控,那么只要对中段信号台PLC井口机械控制PLC输入端子x44和x45、x50和x51、x52和x53三组输入端子原有控制输入与遥控输入并行同时控制即可实现。

4无线遥控在某多中段矿井的实现

4.1无线遥控系统的选择

目前应用比较广泛的遥控技术主要有红外线遥控和无线电遥控两种。

4.1.1红外线遥控

红外线遥控主要由红外发射管和接收管完成遥控功能,特点是成本低,稳定性较好,原理简单,但是穿透性很差,并且会受到方向和距离的限制。红外线的遥控距离一般是10m左右。增大发射功率也只能达到30m左右。以直径5mm红外线发射二极管例,发射功率大于100mw,最大发射距离直线距离10～15m(与接收灵敏度有关）,用两个红外线发射二极管来增强发射功率,加大遥控距离,直线距离也就30m左右。

4.1.2无线电遥控

无线电遥控使用高频无线电传送控制信号,无线电可以穿透衣物、人体、墙壁、树林等障碍,没有方向性,使用的时候只需确保发射器与被控设备距离在遥控范围内,无论发射器什么方向、无论是否有障碍物均可控制。一般遥控距离可以达到100m以上。

4.2选择无线电遥控

一方面中段信号台安装在碉室内,跟罐笼不在同一直线,而红外线遥控具有方向性,也就是必须得直线相对才能控制,无线电遥控则不存在这样的问题,只需确保发射器与被控设备距离在遥控范围内就能控制:另一方面罐笼内有安全链,外有安全门等障碍物,红外线遥控无法穿透,而无线电遥控可以。根据某矿井井下环境以及上述两方面原因,选择了无线电遥控。

4.3无线电遥控器选择

目前市场上已有成熟的无线电技术与工业自动化控制技术相结合而产生的无线电遥控器应用在起重机械上。无线电遥控器的品种很多,除有控制方式和输出方式区别外,遥控器本身的控制点数也是一个重要因数,正确选择控制点数可有效降低系统成本[3]。一般来讲,发射器上的一个按钮占一个控制点:因为需对中段信号台PLC井口机械控制PLC输入端子x44和x45、x50和x51、x52和x53三组输入端子原有控制输入与遥控输入并行同时控制,总共6个控制点,那么其控制点数为原控制点数加1个控制点:发射器的急停开关和钥匙开关不占控制点。按照以上基本原则,再参照进行遥控改造的实际操作需求,便可确定发射器和接收器的具体型号。在不改变原有PLC控制系统和使用灵活方便的前提下,选用8个接点的工业无线遥控器,其参数如下:

(1）具有6个开关键,一个急停,一个开机按钮,控制点数达8个:

(2）带有电池电压警示装置,在电压不足时能自行切断电路:

(3）使用温度:-35～＋75℃(符合环境要求）:

(4）控制距离:可达100m(满足控制距离要求）:

(5）安全码:43亿种以上,出厂永不重复:

(6）发射器电源:直流3V(2节碱性5号电池可使用4个月）:

(7）接收器电源:交流380V/220V可选择,或直流12V/24V。

4.4设备连接调试

确定选用8个接点的工业无线遥控器后,将其接入某矿山中段信号台调试。

4.4.1接收器接线

接收器本身供电电源,一般分为AC36V、AC220V、AC380V、DC12V、DC24V、DC48V等,选用的是AC380V供电电源。

接收器输出线路:一般为一根或多根公共线COM线,继电器触点输入线）,其余为继电器触点输出线,也就是输入线和输出线之间通过继电器的常开触头连接,相当于一个开关的两端,所以切不可分别接到不同电压等级上。

接线图如图4所示。

4.4.2接收器与PLC连接

某矿井中段井口信号控制PLC为三菱Fx2N系列PLC,其输入端是NPN输入,也就是低电平输入有效,由图1及图4可知:

(1）接收器橙色COM线接PLC输入端子COM口:

(2）接收器黄色线接PLC输入端子x44控制油泵启动:

(3）接收器绿色线接PLC输入端子x45控制油泵停止:

(4）接收器蓝色线接PLC输入端子x50控制安全门打开:

(5）接收器紫色线接PLC输入端子x51控制安全门关闭:

(6）接收器灰色线接PLC输入端子x52控制摇台扬起:

(7）接收器白色线接PLC输入端子x53控制摇台落下。

即可满足控制需求,也不影响原有控制系统。

8个接点的工业无线遥控器操作简单易学,某矿井信号操作人员使用熟练。运行三年以来,从未出现控制错乱的情况,井口机械远程遥控稳定可靠。

5结语

通过保持原有信号控制系统不变,引入无线遥控技术对某矿井部分井口机械进行远程遥控,使得信号操作人员停车后能在竖井罐笼中控制安全门及摇台,进出罐笼,从而减少信号操作人员人数,节约人力资源,降低生产成本。