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本系统以三菱FX2N系列PLC为主控制器，根据矿井现场中提升机工作要求，进行提升机打点信号系统的设计。系统具有打点信号数字及汉字同步显示、记忆功能，语音通讯功能及适应生产的控制信号安全闭锁功能，这大大增强了系统的智能化程度和安全性。本系统已初步试用，结果表明：系统运行可靠、性能稳定，符合煤矿安全生产的需要。本文重点介绍系统构成及功能。

早期矿井提升机打点信号系统控制以集成电路或单片机居多，与PLC可编程控制器相比，前者维护、使用比较复杂，故障率较高，性能不稳定，容易发生误动作。本系统以PLC控制器为核心，采用LED屏同步模拟显示，可进行现场编程，很容易解决生产中出现的各种问题，误动作率低，操作简单，极大的提高了系统的适应性。

1 系统组成

本系统控制主要分为3大部分：绞车房、上井口、下井口。三部分控制器均采用三菱公司FX2N系列PLC。

1.1 主要部分基本配置

1)绞车房

绞车房基本配置：48点晶体管型PLC、继电器扩展模块、控制按钮、语音通讯模块、报警电路、LED点阵显示模块、数码管显示模块、普通电源等。

2)上井口

上井口车场基本配置：32点继电器型PLC、语音通讯模块、控制按钮、报警电路、LED点阵显示模块、数码管显示模块、防爆型电源等。

3)下井口

下井口车场基本配置32点继电器型PLC、语音通讯模块、控制按钮、报警电路、LED点阵显示模块、数码管显示模块、防爆型电源等。

1.2 PLC之间的通讯

1)3个PLC之间的信息交流都是通过MODBUS 485通讯方式来完成。例如井底发出开车信号后，通过485通讯先由井口接收到，井口确认井底信号后，发出与井底相同信号，在确认两个信号相同后，才能通过485通讯将开车信号送到车房。停车、急停、检修、水平信号都可以直接发往绞车房。

2)通讯电缆可选用5芯阻燃式铠装控制电缆

1.3 打点信号数码管显示模块

绞车房、上下井口车场打点信号数字显示均采用74LS247驱动共阳极数码管。大小分别为车房内为5寸数码管、上下井口车场内为3寸数码管。其中1号数码管点亮时发红光用于显示当前打点信号;2号数码管点亮时发蓝光用于显示存储提升打点信号。

1.4 语音通讯模块

模块中送话器采用双线驻极体话筒;喇叭采用型号为YH5—8A简扬声器;打点音响频率为1 000 Hz左右。

2 系统功能

2.1 绞车房显示功能

1)提升打点信号数码显示：1点-停车、2点-快上、3点-快下、4点-慢上、5点-慢下;

2)提升类别汉字显示：“检”、“急”、“快上”、“快下”、“慢上”、“慢下”、 “一水平”、“二水平”;

3)提升信号调用显示功能：能对近10次提升信号进行存储并循环调用显示;

4)显示信号回路接通功能。

2.2 上、下井口车场显示功能

1)提升类别汉字显示：“检”、“急”、“快上”、“快下”、“慢上”、“慢下”、 “一水平”、“二水平”;

2)下井口发来的提升信号的数码显示;

3)本位发出的提升信号数码显示。

2.3 绞车房控制功能

1)无论是上井口还是下井口发出的“急停”信号，直接送车房显示“急”。且有喇叭长鸣报警，同时闭锁其它信号;

2)无论是上井口还是下井口发出的“停车”信号，直接送到车房显示“1”且有喇叭一声响;

3)无论是上井口还是下井口发出的“检修”信号，直接送到车房显示“检”，闭锁其它信号;。

4)由上井口车场发出“一水平”、“二水平”信号后，在车房内显示“一水平”、“二水平”;

5)必须在上井口与下井口车场发出相同的打点信号时才能显示在车房控制箱上，并伴有相应数字音响，否则无输出信号;

6)若打点信号“2、3、4、5”未送到车房，绞车房不能开车(车房有一个继电器串入安全回路)。

2.4 上、下井口车场控制功能

1)上井口车场PLC负责与下井口车场和车房信号联络。

当井底做好开车准备时，下井口发出开车信号输送到上井口，告之已具备开车条件。同时也送入到绞车房，参与车房信号逻辑控制;当然上井口也可向下井口发出询问信号进行要“点”，说明井口可以准备开车;

2)下井口车场发出的打点信号在上井口车场显示，且上、下井口车场发出的打点信号相同时才能输出到绞车房;

3)“急停、停车、检修”按钮按下时全线都显示;

4)上井口发出水平信号，各个水平信号之间相互互锁，如： “一水平信号”发出后只能执行“一水平”信号的控制，全线显示“一水平”。

2.5 闭锁功能

1)信号与绞车控制回路闭锁：只有绞车房接到上井口发来的提升信号，绞车房可开车;

2)信号与安全回路闭锁：当绞车房收到上、下井口信号发来的“急停”信号，绞车安全回路跳闸;

3)信号有转发闭锁：上井口只有受到下井口发来的信号时，才能向车房发出信号，并只能转发与下井口相同的信号[5];

4)开车信号闭锁：当发出信号后，只有清除当前信号后，才能发出其它信号;

5)上、下井口车场发出的“停车”信号可直接发往绞车房，不受信号本身闭锁的限制;

6)上、下井口车场发出的“急停”信号可直接发往绞车房，不受其他任何信号的限制;

7)上、下井口车场发出“急停”信号后，其它信号均不能再发出，包括开车信号和检修信号;

8)检修信号发出后，开车信号不能发出;

9)在语音通讯功能中，下井口只对上井口，上井口既与下井口也可与车房进行通讯，但车房只可与上井口进行通讯。

3 结束语

系统中上、下井口车场、绞车房控制器采用三菱公司的FX2N系列PLC，它们之间运用MODBUS 485通讯方式，大大提高了信号的传输距离，符合井下通讯需要。而且通讯电缆选用5芯阻燃式铠装控制电缆，简化了PLC的外围电路，减小了故障点，降低维护难度，同时也节约成本。提升机打点信号显示采用数字及汉字同步显示，这方便工作人员进行判断信号，避免因疏忽造成误动作。同时打点信号显示中还增加了存储功能，工作人员可以调用显示近10次的信号操作，便于故障查询。本系统设计具有强大的信号控制和闭锁功能，满足矿井提升机工作系统的安全需要。系统试用以来结果表明：系统运行可靠、性能稳定，为煤矿安全生产奠定了坚实的基础。同时在运行中发现，矿井提升机工作系统还存在一个重要数据——提升机提升钩数，它是反映矿井中工作人员单班提升量的重要数据。为了更科学的适应矿井生产，今后打点信号显示中可以增加提升钩数显示功能。

随着计算机硬件、软件的快速发展，特别是网络技术的快速发展，工控厂家及系统集成商都大力开发以太网产品，关注PLC的直接上网问题。现在国际上的PLC厂家产品均能够实现直接上网，如施耐德公司全线的系列、Premium系列等、通用电气公司GE90-70系列、GE90-30系列、VersaMAX系列等、西门子公司的有关PLC、罗克韦尔PLC的有关系列控制器等。

采用直接上网的结构，必须妥善解决PLC直接上网后智能设备的接入问题。采用直接上网的结构，坚持分层分布（单元）式的结构原则，就是要达到与LCU有关的各种数据采集和控制都必须由LCU来实现的目标。现在，LCU一般都需要与一定数量的智能设备进行通讯。在有工控机结构的LCU结构中，通讯实现是比较容易的，通讯的方式也比较灵活。但在采用PLC直接上网的结构后，就必须考虑各种PLC产品特性对接入LCU智能设备的影响。PLC与工控机相比，通讯接口少，方式比较少。LCU智能设备接入问题，解决的总的方法有两种，一种是直接或经转换接入PLC，一种是直接接入以太网。由于各种PLC产品分别产于不同的公司，它们的特性也各不相同，因此实现智能设备接入PLC的方法有多种多样。在比较国外主要PLC产品特性基础上，在满足分层分布（单元）式的结构原则前提条件下，对智能设备接入LCU的方法进行分析对比，从它们的特性中，力图找出共性的方法，侧重于通讯速率、实现方式、是否需要编程、接入智能设备的数量、是否易于维护等方面。

1、直接接入PLC

每种PLC  CPU上的串口或一般通讯模块的串口所支持的普遍方式是从（Slave）方式，即使它支持主（Master）方 式，相应通讯协议也是专有协议,不是开放的协议。对于一些PLC如GE90系列PLC，它有一种模块，该模块通讯方式为主方式，可以使用不同通讯协议编程，与智能设备通讯，这是解决方法之一。这种方法智能设备与PLC的数据交换的速率是串口的速率，智能设备采集的数据可以在PLC控制流程中使用。设备通讯协议一致且数量不多时，比较适合这种方式。因为智能设备多，总的通讯速度就会较慢，通讯协议不一致，就会占用该模块较多内存。

2、通过现场总线直接接入PLC

对于部分PLC，一些智能设备可以通过现场总线直接接入PLC。这种方式较好，因为现场总线的方式，其可靠性、速率与直接插入PLC机箱的模块是相同的，而且接入的地点比较灵活，距离可以比较远。这种方式不需要编程，可以接入较多设备，非常方便，是一种很好的方法。

3、间接接入PLC

直接接入PLC的方法不具有普遍性，不是每一种PLC都可以实现的。下面两种方法可以在更大范围使用。尤其是经串口接入PLC的方法，是一种普遍的方法。

1.经串口转换接入PLC

PLC一般具有丰富的通讯模块可供选择，多数PLC的CPU模块具有一到两个串口。由于这些串口多支持从（Slave）方式通用协议，智能设备也多为从方式，两者通讯不能实现。有些串口虽支持主（Master）的通讯方式，但通讯协议多为不公开的专有协议，智能串口设备很少能支持这些协议。因此，解决方法之一是采用一种装置，它一侧接入PLC串口，另一侧接入智能设备。该装置起协议转换作用，而且它对两侧都可以是主方式。这种方式可以接入较多串口设备。这是一种很有前途的、比较经济的方式，可以适用每一种PLC产品。

2.经转换接入现场总线进入PLC

为了解决PLC串口从方式不能直接接入PLC的问题，有些PLC厂家如施耐德，它开发一种网桥装置，一边接串口设备，一边接PLC的现场总线MB+。它有两种，一种支持同一种开放的协议如MODBUS，不需编程，另一种支持各个串口协议可以不同，但需要编程。

4、串口设备经转换（不经PLC）上网

前面几种方法都直接或间接通过PLC接入智能设备。现在，通过一种串口以太网转换器装置，它的一侧接入串口设备，另一侧接入局域以太网。串口设备侧不需任何改变，上位系统直接采集串口设备的信号。这样一个LCU需要有几个IP地址。这种方式可以接入大量的智能设备。

5、智能设备直接接入以太网

随着时间的推移，越来越多的设备将可以直接上网，因此可以采取智能设备直接上网的方式,速率可以达到10Mbps或100Mbps，将会很有应用前景。但一个LCU需要有几个IP地址。

（1）PLC直接上网的LCU结构优于经过工控机上网LCU结构；因为LCU整体可靠性得到提高；

（2）智能设备以直接接入PLC现地总线方式从比较好，因为应用简单、速率快等，在可以选择直接接入现场总线的设备时，尽量采用这种方式。

（3）智能设备经串口转换接入PLC方式，是一种较优的方法，它虽然与PLC产品有关，但可以在每种PLC产品上使用，接入智能设备数量也较多，经济性能也较好。

（4）智能设备经串口转换上网方式和智能设备直接上网方式是很有应用前景的两种方式。因为这两种方法都与具体的PLC产品无关，是一种具有普遍意义的方法，值得引起注意。