基于PLC自動(dòng)風(fēng)門的程序設(shè)計(jì)

萬仁保，張永選

WAN Ren-bao,ZHANG Yong-xuan

（江西經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院，南昌 330088）

0 引言

保持通風(fēng)是煤礦井下安全生產(chǎn)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，通風(fēng)系統(tǒng)中的很重要的部分是風(fēng)門。隔離進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)和回風(fēng)系統(tǒng)是風(fēng)門設(shè)計(jì)者要注意的主要問題，使得風(fēng)道內(nèi)的通行不受影響是個(gè)很重要的前提。很長(zhǎng)時(shí)間里都是采用人工的風(fēng)門或者是比較簡(jiǎn)單的風(fēng)門比如說電動(dòng)風(fēng)門、自撞式風(fēng)門等等。傳統(tǒng)的風(fēng)門本身的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，但是有一定的缺點(diǎn)：自動(dòng)化不高，易損壞。一旦風(fēng)門系統(tǒng)損壞，就造成在礦井下的運(yùn)輸效率降低，影響通風(fēng)質(zhì)量。隨著煤礦開采的自動(dòng)化程度越來越高，風(fēng)門的自動(dòng)化要求也越來越高，為此我們討論如利用簡(jiǎn)單的電路并輔以軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)風(fēng)門控制。

礦井下需要具有安全性的自動(dòng)風(fēng)門來保持礦井的通風(fēng)、安全和運(yùn)輸。自動(dòng)風(fēng)門的可靠性要求很高，目前礦井下運(yùn)用的情況而言，由于出現(xiàn)很多的控制系統(tǒng)問題如自動(dòng)控制系統(tǒng)并沒有預(yù)想的可靠度，自動(dòng)風(fēng)門控制系統(tǒng)本身的可靠性差，系統(tǒng)故障經(jīng)常發(fā)生，故而大多數(shù)被拆除。PLC帶來了礦井下自動(dòng)風(fēng)門的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了風(fēng)門的自動(dòng)化，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性可靠性。提高了生產(chǎn)效率，降低了安全隱患。

1 工作原理

本文中的自動(dòng)風(fēng)門系統(tǒng)中有風(fēng)門1、2兩道風(fēng)門，我們記為：FM1、FM2。圖中的人行小門是在安裝于風(fēng)門的手動(dòng)開啟的門。礦車位置傳感器用于接收礦車位置信息，安裝于礦車的兩側(cè)軌道之上，左側(cè)表示為S1-1到S8-1，右側(cè)表示為S1-2到S8-2。由門位信號(hào)來進(jìn)行判斷風(fēng)門的開啟是否到位。用來判斷風(fēng)門的開關(guān)與否的是人行門開關(guān)傳感器；電磁閥控制的人行門能否開啟由人行門指示燈來進(jìn)行指示。絞車司機(jī)通過觀察風(fēng)門運(yùn)行顯示情況來決定進(jìn)行通行與否，這個(gè)顯示系統(tǒng)并不受PLC控制。強(qiáng)制開關(guān)是在有事故發(fā)生時(shí)，可對(duì)風(fēng)門立即進(jìn)行動(dòng)作。

2 自動(dòng)風(fēng)門的程序設(shè)計(jì)

2.1 輸入和輸出分配

位置信號(hào)S1-1到S8-1對(duì)應(yīng)的輸入寄存器是I0.0到I0.7；I2.0到I2.7對(duì)應(yīng)的是右側(cè)位置S1-2到S8-2。I1.0-I1.3對(duì)應(yīng)的分別是風(fēng)門FM1開，風(fēng)門FM2開，風(fēng)門FM1關(guān)，風(fēng)門FM2關(guān)。風(fēng)門1、2強(qiáng)制開啟分別由I3.0和I3.1來表示。I1.4和I1.5信號(hào)分別表示是人行門1和2的開啟與關(guān)閉。

輸出寄存器Q0.0和Q0.1分別表示的風(fēng)門FM1的開關(guān)控制；Q0.2和Q0.3分別表示的風(fēng)門FM2的開關(guān)控制。Q0.4表示的是人行小門1，Q0.5表示門2的指示燈的控制。控制Q0.6的是液壓；剎車控制是Q0.6。系統(tǒng)報(bào)警有聲和光分別表示為Q1.0-Q1.1。

2.2 程序分析

本文控制系統(tǒng)分為兩種工作狀態(tài)：程序工作狀態(tài)和人工工作狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)門的強(qiáng)制開關(guān)都處于低電平是為自動(dòng)，即是在系統(tǒng)無故障時(shí)的工作狀態(tài)，服務(wù)子程序來控制風(fēng)門的開啟、閉合，此時(shí)加入一些子程序來提高系統(tǒng)的可靠性。比如說有：對(duì)手動(dòng)小門的開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)有故障時(shí)進(jìn)行報(bào)警的程序。在手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，強(qiáng)制開關(guān)之少有一個(gè)被按下，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行工作并且不會(huì)產(chǎn)生任何的報(bào)警。

2.3 程序的設(shè)計(jì)

這里我們采用的是梯形圖來進(jìn)行設(shè)計(jì)程序的編寫，主程序如圖1所示。

圖1 程序梯形圖

主程序的設(shè)計(jì)用到的是輸入寄存器I，存儲(chǔ)器M和V。功能程序調(diào)用的字節(jié)有MB4-MB8，S1-S8的信號(hào)分別對(duì)應(yīng)V存儲(chǔ)器中的V0.0-V0.7。由于有左右兩側(cè)的位置傳感器，PLC把檢測(cè)到的信號(hào)與相關(guān)的設(shè)定進(jìn)行比較，并在相同時(shí)，將它們的輸入轉(zhuǎn)換為在存儲(chǔ)器V中的狀態(tài)，即將S1-S8的信號(hào)轉(zhuǎn)換為V0.0-V0.7。系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，一旦故障標(biāo)志位出現(xiàn)了置位，如果對(duì)應(yīng)的是M1.0-M1.7，則說明位置傳感器出現(xiàn)了故障，需要及時(shí)修復(fù)。

2.4 子程序設(shè)計(jì)

2.4.1 服務(wù)功能程序

礦車如何進(jìn)行通過風(fēng)門，就是礦車服務(wù)子程序的設(shè)計(jì)過程。具體來講，風(fēng)門有兩個(gè)FM1、FM2，我們將礦車下風(fēng)門FM1的程序叫做D1，叫礦車下風(fēng)門FM2的程序叫做D2；把礦車上升通過風(fēng)門1的程序叫U1，把礦車上升通過風(fēng)門2的程序叫做U2。對(duì)于各種情況我們來作下分析。對(duì)于礦車的位置傳感器來檢測(cè)礦車的位置，當(dāng)MB4=0時(shí)，則表示在S1-S8區(qū)域里沒有礦車。一旦在MB4=1時(shí)，表示在這段時(shí)間里，有礦車接近，于是進(jìn)入了D1子程序。

子程序中，先判斷風(fēng)門FM2是否關(guān)閉，為了保持有一道門始終關(guān)閉。當(dāng)風(fēng)門FM2沒有關(guān)好時(shí)，I1.3就不為零，此時(shí)M0.3置位表示風(fēng)門FM2未關(guān)閉故障。同樣礦車到達(dá)S2時(shí)，對(duì)于風(fēng)門FM1來說，若未關(guān)閉，則I1.0不為零，顯示的是風(fēng)門FM1沒有及時(shí)打開，有故障MD0＞0。一旦系統(tǒng)有故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入故障處理程序。在子程序中，若對(duì)應(yīng)的寄存器一直被置位此時(shí)人行門上的人行指示燈提示故障，人行小門則被禁止開啟。在下風(fēng)門子程序D1工作流程，在程序的掃描過程中，若在下降D1程序中檢測(cè)到S5信號(hào)，MB1由1變?yōu)?時(shí)，就跳出下降程序D1進(jìn)入主程序，MB1被置為2時(shí)，從而進(jìn)入主程序。在下降程序D2中繼續(xù)順序執(zhí)行，如果S7檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，則在系統(tǒng)作出延時(shí)后退出該程序。UI和U2工作原理相同。

2.4.2 監(jiān)視子程序

監(jiān)視人行門1和人行門2的程序我們分別表示為P1和P2。對(duì)于禁止打開人行門時(shí)，門上的通行指示燈為紅燈，同時(shí)Q0.4置位。運(yùn)行監(jiān)視程序P1的條件是在門1被違章開啟，檢測(cè)到后主程序?qū)B7置為1時(shí)。監(jiān)視子程序運(yùn)行，MB4的值先賦給VB1中同時(shí)將MB4置0，表示故障的M0.6置位，礦車服務(wù)程序和系統(tǒng)主程序同時(shí)暫停工作。

有違章打開人行門時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入故障子程序。一旦故障消除，即人行門關(guān)閉的時(shí)候，MB7置0,M0.6復(fù)位，MB4恢復(fù)以前值，轉(zhuǎn)入系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于風(fēng)門FM2的監(jiān)視程序P2而言，其工作原理與風(fēng)門FM1監(jiān)視程序P1相同，MB8置為1時(shí)，子程序被調(diào)用，對(duì)應(yīng)的故障標(biāo)志位為M0.7。

2.4.3 自行檢測(cè)程序

對(duì)風(fēng)門開啟與否的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)礦車信號(hào)進(jìn)行的檢測(cè)統(tǒng)稱為自檢子程序，其中把前者表示為F，把后者表示為L(zhǎng)。系統(tǒng)在掃描檢測(cè)無礦車狀態(tài)信號(hào)時(shí)，風(fēng)門1和風(fēng)門2閉合。一旦在掃描時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)門1沒關(guān)閉時(shí)，系統(tǒng)將風(fēng)門1故障標(biāo)志位置位MD0＞0，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入故障處理。

對(duì)于礦車信號(hào)邏輯狀態(tài)檢測(cè)子程序L，檢測(cè)V0.0到V0.7的變化是否符合系統(tǒng)的要求。在礦車上風(fēng)門時(shí)，系統(tǒng)要求V0.7到V0.0由0到1再到0進(jìn)行變化，下風(fēng)門時(shí)要求V0.0到V0.7也是進(jìn)行如此規(guī)律的變化。若在其中遺漏了一項(xiàng)變化，比如說在上風(fēng)門時(shí)檢測(cè)未檢測(cè)到有一項(xiàng)未變化，則系統(tǒng)置位用作傳感器邏輯故障標(biāo)志位的M0.0，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行處理故障處理。

2.4.4 系統(tǒng)故障程序

在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行處理故障處理。在系統(tǒng)進(jìn)入故障處理子程序時(shí)，首先判斷故障的嚴(yán)重程度。不同的故障的嚴(yán)重程度不一樣，系統(tǒng)將故障分為三個(gè)等級(jí)，一等級(jí)時(shí)系統(tǒng)可以正常運(yùn)行，二等級(jí)時(shí)系統(tǒng)可以由絞車的司機(jī)將絞車進(jìn)行停止，三等級(jí)時(shí)系統(tǒng)緊急停止絞車，切斷絞車的電源，根據(jù)系統(tǒng)對(duì)于故障的的分級(jí)進(jìn)行不同的處理。

對(duì)于以上不同的子程序出現(xiàn)的故障而言也有著相對(duì)應(yīng)的處理方式。如在礦車服務(wù)時(shí)，MW1＞0時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入故障處理程序，處理的方式是采用第一等級(jí)的方式。系統(tǒng)會(huì)顯示報(bào)警，提示有故障，但是正常運(yùn)行。如果一旦M1.0置位，表示的S1-1故障，進(jìn)入故障處理程序，系統(tǒng)采用的是第二等級(jí)的處理方式進(jìn)行報(bào)警。如果執(zhí)行程序時(shí)一旦出現(xiàn)風(fēng)門沒有開的故障我們系統(tǒng)采用的是立即停止運(yùn)行即系統(tǒng)最嚴(yán)重的處理方式。

3 手動(dòng)工作

本文設(shè)計(jì)的基于PLC的自動(dòng)風(fēng)門的系統(tǒng)工作狀態(tài)：一種是程序控制工作狀態(tài)，一種是手動(dòng)工作狀態(tài)。程序的設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用于自動(dòng)工作狀態(tài)，而對(duì)于系統(tǒng)有故障時(shí)，或有事故發(fā)生時(shí)，應(yīng)采用手動(dòng)工作。只有風(fēng)門的強(qiáng)制開啟和關(guān)閉的相關(guān)子程序可以工作，系統(tǒng)不進(jìn)行監(jiān)視礦車的信號(hào)，不在進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)開關(guān)1按下時(shí)，系統(tǒng)將風(fēng)門進(jìn)行開啟，一旦此開關(guān)復(fù)位時(shí)，風(fēng)門就被系統(tǒng)關(guān)閉。

4 結(jié)束語

以上是PLC控制的自動(dòng)風(fēng)門的分析，風(fēng)門在無故障情況下的自動(dòng)控制和在有故障時(shí)的手動(dòng)控制，系統(tǒng)對(duì)于不同的情況有著不同的處理。實(shí)現(xiàn)了風(fēng)門可以進(jìn)行軟件的自動(dòng)開啟與關(guān)閉，也能通過傳感器進(jìn)行檢測(cè)風(fēng)門是否出現(xiàn)故障。通過檢測(cè)礦車的位置，來進(jìn)行發(fā)現(xiàn)其是否有故障。自檢程序可以發(fā)現(xiàn)風(fēng)門在開關(guān)時(shí)是否出現(xiàn)故障，也可以發(fā)現(xiàn)是否遺漏測(cè)試點(diǎn)信號(hào)的處理。對(duì)于故障進(jìn)行分等級(jí)處理可以提高系統(tǒng)對(duì)于故障處理能力。

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