1、系統概述
煤礦井下采用絞車(chē)系統運輸開(kāi)采的原煤，為了保護人員和設備的安全，國家明確規定煤礦井下運輸斜巷必須安裝使用防跑車(chē)裝置三菱PLC 斜巷運輸過(guò)程中，礦車(chē)牽引鋼絲繩斷裂發(fā)生跑車(chē)事故，跑車(chē)防護裝置的擋車(chē)欄不應打開(kāi)，起到攔截失控礦車(chē)（擋車(chē)）的作用三菱PLC
每套擋車(chē)欄攔截失控礦車(chē)的最大能量一定，依據擋車(chē)欄額定擋車(chē)能量、斜巷參數以及運行礦車(chē)參數，理論上可以計算出一條運輸斜巷需要安裝擋車(chē)欄數量煤礦井下 實(shí)際大約1km的煤礦斜井運輸巷道一般都會(huì )安裝布置有6~10多套擋車(chē)欄煤礦井下
2、工藝特點(diǎn)
絞車(chē)運輸控制系統一般安裝在地面或井下斜巷上平車(chē)場(chǎng)的操作室，為了使絞車(chē)司機更加客觀(guān)準確了解掌握礦車(chē)運行情況，現在大部分煤礦使用了視頻傳輸系統將運輸礦車(chē)經(jīng)過(guò)的各個(gè)擋車(chē)欄監控視頻上傳顯示在絞車(chē)司機面前煤礦井下 視頻監控系統一般采用光纖傳輸，配合監控跑車(chē)防護裝置的擋車(chē)欄，這里主要介紹一種基于RS485雙絞線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )的跑車(chē)防護裝置控制系統，該系統能夠判斷礦車(chē)運行位置，適時(shí)打開(kāi)關(guān)閉擋車(chē)欄，保障運輸安全；同時(shí)將擋車(chē)欄運行狀態(tài)信息上傳顯示給絞車(chē)司機FX3GA
從千米井下將擋車(chē)欄狀態(tài)信息一對一傳輸到絞車(chē)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FX3GA
工藝要求運輸礦車(chē)不論向上還是向下運行到達關(guān)閉的擋車(chē)欄跟前時(shí)必須上提打開(kāi)擋車(chē)欄使礦車(chē)順利通過(guò)，礦車(chē)完全通過(guò)擋車(chē)欄后擋車(chē)欄必須下落關(guān)閉，做好安全防護的準備FX3GA 作為安全防護設備，當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作為控制器設計開(kāi)發(fā)跑車(chē)防護裝置控制系統。
判斷運輸礦車(chē)是否到達擋車(chē)欄跟前需要打開(kāi)擋車(chē)欄是本系統的關(guān)鍵。目前業(yè)界定位礦車(chē)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、控制系統構成
三菱公司FX系列PLC在國內擁有較大的市場(chǎng)份額。本項目我們采用三菱FX3GA（FX3GA-24MR-CM）作為主控制器，每臺主控制器擴展一個(gè)RS485通訊口（FX3G-CNV-ADP + FX3U-485ADP-MB），多臺控制器通過(guò)擴展的RS485通訊口連接組網(wǎng)（三菱稱(chēng)之為N:N網(wǎng)絡(luò )）。網(wǎng)絡(luò )中主站控制器布置在運輸絞車(chē)控制室，采集礦車(chē)位置信號；分站控制器布置在擋車(chē)欄附近，就地控制擋車(chē)欄提升下放，一個(gè)分站對應控制一個(gè)擋車(chē)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(chē)欄的狀態(tài)信息。整個(gè)控制系統結構簡(jiǎn)圖如下圖一所示。

由于煤礦井下使用設備防爆要求，整個(gè)系統由防爆箱體主控箱、電控箱、操作箱組成。主控箱做主站，電控箱做分站，操作箱相當于上位機。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— 昆侖通態(tài)HMI（TPC1061Ti）。操作箱中用到了一個(gè)臺達小型PLC（DVP14SS211T）采集面板按鍵信號，由于防爆設計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經(jīng)過(guò)了隔離轉換成非本安信號后才連接到PLC（DVP14SS211T）。昆侖通態(tài)HMI（TPC1061Ti）一個(gè)標準的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）和操作箱中一只臺達PLC（DVP14SS211T）。
絞車(chē)工作牽引礦車(chē)上行運煤，主站PLC接收到礦車(chē)到達擋車(chē)欄后方特定位置信號，下發(fā)指令給相應的分站PLC控制對應擋車(chē)欄提升；礦車(chē)順利通過(guò)擋車(chē)欄，主站PLC接收到礦車(chē)上行到達擋車(chē)欄前方特定位置信號，下發(fā)指令給相應的分站PLC控制對應擋車(chē)欄下放。礦車(chē)向下運行，主站PLC接收到礦車(chē)到達擋車(chē)欄前方特定位置信號，下發(fā)指令給相應的分站PLC控制對應擋車(chē)欄提升；礦車(chē)順利通過(guò)擋車(chē)欄，主站PLC接收到礦車(chē)到達擋車(chē)欄后方特定位置信號，下發(fā)指令給相應的分站PLC控制對應擋車(chē)欄下放。各擋車(chē)欄狀態(tài)信息集中傳送到主控PLC，由HMI顯示提供給絞車(chē)司機監視，擋車(chē)欄故障時(shí)發(fā)出聲光報警，提醒司機做相應處理。
操作箱上設置有控制面板，可以集中控制所有聯(lián)網(wǎng)擋車(chē)欄動(dòng)作、故障復位，也可以單獨控制某套擋車(chē)欄運行。
4、系統調試
分站控制擋車(chē)欄運行調試
1)校正電機運轉方向與提升下放擋車(chē)欄指令一致。
2) 擋車(chē)欄提升下放多次，校正固定好機械裝置后設置PLC中擋車(chē)欄運行時(shí)間參數（擋車(chē)欄上下限位傳感器故障后，有這個(gè)時(shí)間參數，計時(shí)時(shí)間到同樣也可以停止擋車(chē)欄的運行），設置分站PLC站號。
主站礦車(chē)位置檢測傳感器位置確定
深度指示器旋轉絲杠上固定一個(gè)不隨絲杠旋轉的滑塊，絞車(chē)正轉，礦車(chē)下行，旋轉絲杠上的滑塊向下滑動(dòng)。
1)礦車(chē)剛好運行到擋車(chē)欄下方，此時(shí)停止絞車(chē)，深度指示器絲杠上的滑塊位置就代表了礦車(chē)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，傳感器感應面與滑塊端面中心對正，使傳感器能感應到滑塊輸出信號。
2)每套擋車(chē)欄位置檢測相同，巷道內有多少擋車(chē)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(lái)確定礦車(chē)位置。
主站、分站單獨調試完成后就可以聯(lián)網(wǎng)放車(chē)模擬實(shí)際運行看運行效果了。
5、系統優(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，系統穩定性高。
2)礦車(chē)位置非線(xiàn)性檢測，間接采用深度指示器上的電感式接近傳感器指示礦車(chē)特定位置，結構簡(jiǎn)單，受周遭環(huán)境影響小，相對于編碼器線(xiàn)性檢測礦車(chē)位置可靠性要好。
3)采用高分辨率觸摸屏顯示礦車(chē)狀態(tài)、擋車(chē)欄狀態(tài)以及系統參數，簡(jiǎn)潔直觀(guān)?，F場(chǎng)幾乎不需要調試，只需連接好與主站通訊線(xiàn)后提供電源就可工作。
4)選用三菱第三代小型PLC（FX3GA-24MR-CM），由三菱電機自動(dòng)化機器制造（常熟）有限公司在江蘇省常熟高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區東南大道3號的工廠(chǎng)生產(chǎn)。該款PLC性?xún)r(jià)比高，供貨周期短，內置編程通訊Mini-B小U口，沒(méi)有專(zhuān)用編程電纜的情況下使用一根普通U口數據線(xiàn)（我用了以前老款諾基亞手機的數據線(xiàn)）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CPU（FX3GA-24MR-CM）通過(guò)FX3G-CNV-ADP連接擴展一塊RS485通訊用特殊適配器 FX3U-485ADP-MB，FX3U-485ADP-MB支持標準MODBUS協(xié)議，官方給出的通訊總延長(cháng)距離500米，本系統中使用三菱N:N網(wǎng)絡(luò )，通訊設置在9600波特率，6臺（包括主分站）聯(lián)網(wǎng)，在井下接近1000米范圍內通訊亦然穩定可靠，整套設備運行正常。
6、總結
1)各品牌HMI一對一連接各大品牌PLC相信大家已經(jīng)耳熟能詳。本系統設計一臺HMI要與兩臺不同品牌不同通訊接口的PLC連接，初期選型階段反復核查了昆侖通態(tài)HMI（TPC1061Ti）通訊口，確認一個(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PLC分別與兩個(gè)通訊接口連接理論上沒(méi)有任何問(wèn)題。HMI與PLC連接關(guān)系如下圖二所示。

這個(gè)結構在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(wèn)題根源。
最初使用圖三組態(tài)結構，臺達PLC可以連接，三菱PLC連接不上。由于以前沒(méi)有上位機直連三菱編程通訊口（RS422）的經(jīng)驗，TPC1061Ti用戶(hù)手冊上又是通過(guò)在通訊線(xiàn)中串聯(lián)電阻實(shí)現RS232接口與RS422接口連接，反復更換串聯(lián)電阻、修改組態(tài)后三菱PLC還是連接不上。

靜心仔細想想，兩臺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誤。一個(gè)“父設備”（相當于一個(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(wèn)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N:N網(wǎng)絡(luò )，參考了用戶(hù)手冊后，使用后者與使用前者基本沒(méi)有不同，實(shí)現起來(lái)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據，不需要通過(guò)主站中轉。三菱用戶(hù)手冊中給出的鏈接軟元件見(jiàn)下圖五。

在1#從站中可以直接讀主站數據也可以直接讀2#從站數據如下圖六程序：

上圖動(dòng)作一表示在1#從站中直接讀出儲存在主站M1000~M1003軟元件中的數據，輸出到Y010~Y013；動(dòng)作二表示在1#從站中將輸入狀態(tài)量X000~X003儲存在1#交換區軟元件M1064~M1067中供其他站使用；動(dòng)作三表示在1#從站中直接讀出儲存在2#從站數據交換區軟元件M1128~M1131中的數據，輸出到Y020~Y023。