1、系統(tǒng)概述
煤礦井下采用絞車系統(tǒng)運輸開采的原煤，為了保護人員和設(shè)備的安全，國家明確規(guī)定煤礦井下運輸斜巷必須安裝使用防跑車裝置三菱PLC 斜巷運輸過程中，礦車牽引鋼絲繩斷裂發(fā)生跑車事故，跑車防護裝置的擋車欄不應(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)以及運行礦車參數(shù)，理論上可以計算出一條運輸斜巷需要安裝擋車欄數(shù)量煤礦井下 實際大約1km的煤礦斜井運輸巷道一般都會安裝布置有6~10多套擋車欄煤礦井下
2、工藝特點
絞車運輸控制系統(tǒng)一般安裝在地面或井下斜巷上平車場的操作室，為了使絞車司機更加客觀準(zhǔn)確了解掌握礦車運行情況，現(xiàn)在大部分煤礦使用了視頻傳輸系統(tǒng)將運輸?shù)V車經(jīng)過的各個擋車欄監(jiān)控視頻上傳顯示在絞車司機面前煤礦井下 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)的跑車防護裝置控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠判斷礦車運行位置，適時打開關(guān)閉擋車欄，保障運輸安全；同時將擋車欄運行狀態(tài)信息上傳顯示給絞車司機FX3GA
從千米井下將擋車欄狀態(tài)信息一對一傳輸?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FX3GA
工藝要求運輸?shù)V車不論向上還是向下運行到達(dá)關(guān)閉的擋車欄跟前時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，做好安全防護的準(zhǔn)備FX3GA 作為安全防護設(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)計開發(fā)跑車防護裝置控制系統(tǒng)。
判斷運輸?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RS485通訊口（FX3G-CNV-ADP + FX3U-485ADP-MB），多臺控制器通過擴展的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輸絞車控制室，采集礦車位置信號；分站控制器布置在擋車欄附近，就地控制擋車欄提升下放，一個分站對應(yīng)控制一個擋車欄。主站控制器FX3GA-24MR-CM編程口連接昆侖通態(tài)的HMI（TPC1061Ti）顯示各個擋車欄的狀態(tài)信息。整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如下圖一所示。

由于煤礦井下使用設(shè)備防爆要求，整個系統(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。主站、分站之間屬同品牌PLC通訊連接，主站另外一個通訊口（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臺達(dá)小型PLC（DVP14SS211T）采集面板按鍵信號，由于防爆設(shè)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)過了隔離轉(zhuǎn)換成非本安信號后才連接到PLC（DVP14SS211T）。昆侖通態(tài)HMI（TPC1061Ti）一個標(biāo)準(zhǔn)的9針串口引腳定義了兩個通訊接口，一個RS232（COM1）和一個RS485（COM2）分別連接了主站三菱PLC（FX3GA-24MR-CM）和操作箱中一只臺達(dá)PLC（DVP14SS211T）。
絞車工作牽引礦車上行運煤，主站PLC接收到礦車到達(dá)擋車欄后方特定位置信號，下發(fā)指令給相應(yīng)的分站PLC控制對應(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，下發(fā)指令給相應(yīng)的分站PLC控制對應(yīng)擋車欄下放。礦車向下運行，主站PLC接收到礦車到達(dá)擋車欄前方特定位置信號，下發(fā)指令給相應(yīng)的分站PLC控制對應(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，下發(fā)指令給相應(yīng)的分站PLC控制對應(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監(jiān)視，擋車欄故障時發(fā)出聲光報警，提醒司機做相應(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)擋車欄動作、故障復(fù)位，也可以單獨控制某套擋車欄運行。
4、系統(tǒng)調(diào)試
分站控制擋車欄運行調(diào)試
1)校正電機運轉(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，校正固定好機械裝置后設(shè)置PLC中擋車欄運行時間參數(shù)（擋車欄上下限位傳感器故障后，有這個時間參數(shù)，計時時間到同樣也可以停止擋車欄的運行），設(shè)置分站PLC站號。
主站礦車位置檢測傳感器位置確定
深度指示器旋轉(zhuǎn)絲杠上固定一個不隨絲杠旋轉(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。
1)礦車剛好運行到擋車欄下方，此時停止絞車，深度指示器絲杠上的滑塊位置就代表了礦車的實際位置。在此滑塊端面位置固定一個電感式接近傳感器，傳感器感應(yīng)面與滑塊端面中心對正，使傳感器能感應(yīng)到滑塊輸出信號。
2)每套擋車欄位置檢測相同，巷道內(nèi)有多少擋車欄深度指示器上就要固定有多少個電感式接近傳感器來確定礦車位置。
主站、分站單獨調(diào)試完成后就可以聯(lián)網(wǎng)放車模擬實際運行看運行效果了。
5、系統(tǒng)優(yōu)點
1)同品牌PLC（三菱FX3GA-24MR-CM）之間組網(wǎng)，編程簡單，通訊可靠，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。
2)礦車位置非線性檢測，間接采用深度指示器上的電感式接近傳感器指示礦車特定位置，結(jié)構(gòu)簡單，受周遭環(huán)境影響小，相對于編碼器線性檢測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)，簡潔直觀。現(xiàn)場幾乎不需要調(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），由三菱電機自動化機器制造（常熟）有限公司在江蘇省常熟高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)東南大道3號的工廠生產(chǎn)。該款PLC性價比高，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CPU（FX3GA-24MR-CM）通過FX3G-CNV-ADP連接擴展一塊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（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)備運行正常。
6、總結(jié)
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(tǒng)設(shè)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(fù)核查了昆侖通態(tài)HMI（TPC1061Ti）通訊口，確認(rèn)一個物理接口（D型9針接口）集成了一個RS232（COM1）和一個RS485（COM2）兩個通訊接口，兩臺PLC分別與兩個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。

這個結(jié)構(gòu)在HMI組態(tài)時遇到了不小的挫折，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)，臺達(dá)PLC可以連接，三菱PLC連接不上。由于以前沒有上位機直連三菱編程通訊口（RS422）的經(jīng)驗，TPC1061Ti用戶手冊上又是通過在通訊線中串聯(lián)電阻實現(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PLC硬件接口不同，需要HMI提供2個不同的通訊接口，這個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“父設(shè)備”（相當(dāng)于一個串口）怎么能連接兩個不同的通訊接口的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實現(xiàn)N:N網(wǎng)絡(luò)，參考了用戶手冊后，使用后者與使用前者基本沒有不同，實現(xiàn)起來還是很容易，并且三菱FX控制器N:N網(wǎng)絡(luò)一個最大的優(yōu)點就是各個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(shù)據(jù)，輸出到Y(jié)010~Y013；動作二表示在1#從站中將輸入狀態(tài)量X000~X003儲存在1#交換區(qū)軟元件M1064~M1067中供其他站使用；動作三表示在1#從站中直接讀出儲存在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。