论文部分内容阅读
摘 要：根据实际情况，分析现在在用的信号系统维修复杂、无法扩展、浪费电缆等缺点，并通过调研分析，提出在现有的信号控制系统中引入PLC控制技术的解决办法，并归纳出了新方法的优点。
关键词：信号 控制 PLC
中图分类号：TD653 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）003-048-02
1 现状分析
目前，在我国大部分的矿井中，井下原煤的运输主要是通过皮带与机车进行的。在机车运输过程中，为了便于机车行驶，减少运输事故的发生，矿上在所有重要的交通路口都设置了控制信号。
随着矿井系统的不断发展，以及井下巷道的拓展，煤矿使用的信号系统日趋繁琐复杂。这里就以范各庄矿—610米一石门信号为例，对现用的信号进行介绍。（见图1）
为了行车安全，范各庄矿在此处设置了以下几套信号：
（1）设置了一套自动信号，当机车通过一石门放煤井、甲巷弯道、4131斜井下山口、放煤井出口或者联络航甲巷出口这五处任意处时，其余四处均立即显示红灯，禁止机车通过，以免出现运输事故。
（2）在乙巷进口为了调料的安全，设置了一套手动信号，当在一石门放煤井进口进行调料工作时，在乙巷的进车侧以及联络巷进口都有红灯显示。
（3）在4131斜井下山处设置了一套手动信号，当在4131下山进行调料工作时，在一石门放煤井出口、联络巷出口、甲巷来车方向均显示红灯。
（4）在放煤井出口设置了一套手动信号，当需要在放煤井内存车时，在甲巷的来车方向设置的红灯就会变亮，防止出现运输事故。
（5）在联络巷出口设置了一套手动信号，当往联络巷内顶车时，甲巷来车侧、4131下山出口、放煤井出口这三处均有红灯显示。
（6）在联络巷往外的地方还有一个人车场，在此时还设置了一套人车场闸车信号，在上下人期间防止出现追尾事故。
综上所述，为了行车安全，范各庄矿在—610米一石门处设置了一套自动信号，五套手动信号。自动信号使用的自动信号箱控制，手动信号使用的转换开关来直接控制。在部分重要路口，布置了四五个红绿灯，三四个转换开关，司机行驶到此处时，既有绿灯通行，又有红灯阻止，不利于司机的安全行驶，同时还浪费了大量的连接电缆，造成了一定的经济损失；最后，由于布线复杂，导致了这些信号的维护工作也繁重了很多，不便于工人维修。
2 解决办法及程序设计举例
为了解决上述困难，笔者通过研究，提出以下设想：在信号的控制系统内引入PLC系统，让各种不同的输入信号（550V直流电压信号、127V的交流信号、24V的直流信号等）通过继电器转换成适合PLC的输入信号，输入PLC之后，通过PLC的逻辑运算，将输出结果输出到PLC的输出管脚，进而控制信号灯的红绿转换，完成控制信号的任务。
这里还以范各庄矿—610米一石门运输线路为例，对PLC在信号系统中的运用加以解释：
在范各庄矿—610米一石门运输线路中，自动信号的发出端共有5个，分别为：一石门放煤井、甲巷弯道、4131斜井下山口、放煤井出口、联络航甲巷出口，自动信号的复位端有一个：甲巷850米处；手动信号的自动开关位置共有4个，分别为：乙巷进口、4131斜井下山、放煤井出口、联络巷出口；此外，还有一个人车场闸车信号钮。
综上所述，在整个信号系统中PLC共有10个输入信号。
在系统中，共有红绿信号灯10个，说明PLC一共有10个输出端，每个输出端控制一个信号灯。
根据上述条件（10个输入信号、10个输出信号），同时考虑到成本问题，通过对比，最终决定选用性价比较高的西门子S7-200系列的CPU224，该CPU具有14个输入端，10个输出端，采用梯形图编程，内部有各种辅助继电器256个，特殊继电器16个，定时器32个，计数器31个，数据寄存器64个，完全可以满足信号系统的需要，而且该CPU还支持扩展模块（最大可扩展7个扩展模块），可以为以后的系统扩展留下余地。
设备选型完成之后，就是对PLC进行程序设计。程序设计采用继电控制形式的“梯形图编程方式”，清晰直观，编程简单。
在所举的例子中，假设PLC的I0.0输入端为一石门放煤井出口的自动信号的输入端，梯形图编程如图2。
图2 梯形图
其它几处的编程以此类推即可，在此不再赘述。
3 PLC信号系统的优点
与传统的信号控制系统相比，PLC控制系统具有以下优点：
（1）PLC信号系统能够有效地减少红绿灯的使用数量。当使用传统控制方式的时候，一个重要的交通位置既有自动信号，又有手动信号，同时还有人车场闸车信号、顶车信号等多种信号，所以现场布置有三套甚至四套信号灯，大大浪费了财力人力。而采用PLC信号控制系统时，只需将各种输入信号输入进PLC系统内，通过PLC模拟运算之后，再输出信号控制红绿灯。这样现场就只需设置一套信号，极大地节约了人力物力。
（2）PLC信号系统便于工人维修。传统的控制方式由于信号灯众多，所以布线也比较复杂，一旦出现问题，故障点难以判断，使得事故处理时间大大延长。而使用PLC系统时，系统的结构比较简单，仅仅需要打开PLC判断是输入还是输出部分出现故障，然后按图索骥就可以很快处理，减少了事故时间，节省了人力成本。
（3）PLC控制系统具有记忆功能，可以纪录一段时间内的逻辑运算结果。这样一旦出现故障，就可以通过PLC的记忆功能来重新模拟事故现场的实际情况，便于分析事故，查找出事故的真正原因。而传统的控制系统则没有这一功能。
（4）PLC还可以支持扩展模块，具有扩展功能，便于系统的扩展。这样当现场的实际环境一旦发生变化，就可以不通过增加设备，而只通过改变程序就可以使得老系统适应新环境，增加了系统的使用年限。
关键词：信号 控制 PLC
中图分类号：TD653 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）003-048-02
1 现状分析
目前，在我国大部分的矿井中，井下原煤的运输主要是通过皮带与机车进行的。在机车运输过程中，为了便于机车行驶，减少运输事故的发生，矿上在所有重要的交通路口都设置了控制信号。
随着矿井系统的不断发展，以及井下巷道的拓展，煤矿使用的信号系统日趋繁琐复杂。这里就以范各庄矿—610米一石门信号为例，对现用的信号进行介绍。（见图1）
为了行车安全，范各庄矿在此处设置了以下几套信号：
（1）设置了一套自动信号，当机车通过一石门放煤井、甲巷弯道、4131斜井下山口、放煤井出口或者联络航甲巷出口这五处任意处时，其余四处均立即显示红灯，禁止机车通过，以免出现运输事故。
（2）在乙巷进口为了调料的安全，设置了一套手动信号，当在一石门放煤井进口进行调料工作时，在乙巷的进车侧以及联络巷进口都有红灯显示。
（3）在4131斜井下山处设置了一套手动信号，当在4131下山进行调料工作时，在一石门放煤井出口、联络巷出口、甲巷来车方向均显示红灯。
（4）在放煤井出口设置了一套手动信号，当需要在放煤井内存车时，在甲巷的来车方向设置的红灯就会变亮，防止出现运输事故。
（5）在联络巷出口设置了一套手动信号，当往联络巷内顶车时，甲巷来车侧、4131下山出口、放煤井出口这三处均有红灯显示。
（6）在联络巷往外的地方还有一个人车场，在此时还设置了一套人车场闸车信号，在上下人期间防止出现追尾事故。
综上所述，为了行车安全，范各庄矿在—610米一石门处设置了一套自动信号，五套手动信号。自动信号使用的自动信号箱控制，手动信号使用的转换开关来直接控制。在部分重要路口，布置了四五个红绿灯，三四个转换开关，司机行驶到此处时，既有绿灯通行，又有红灯阻止，不利于司机的安全行驶，同时还浪费了大量的连接电缆，造成了一定的经济损失；最后，由于布线复杂，导致了这些信号的维护工作也繁重了很多，不便于工人维修。
2 解决办法及程序设计举例
为了解决上述困难，笔者通过研究，提出以下设想：在信号的控制系统内引入PLC系统，让各种不同的输入信号（550V直流电压信号、127V的交流信号、24V的直流信号等）通过继电器转换成适合PLC的输入信号，输入PLC之后，通过PLC的逻辑运算，将输出结果输出到PLC的输出管脚，进而控制信号灯的红绿转换，完成控制信号的任务。
这里还以范各庄矿—610米一石门运输线路为例，对PLC在信号系统中的运用加以解释：
在范各庄矿—610米一石门运输线路中，自动信号的发出端共有5个，分别为：一石门放煤井、甲巷弯道、4131斜井下山口、放煤井出口、联络航甲巷出口，自动信号的复位端有一个：甲巷850米处；手动信号的自动开关位置共有4个，分别为：乙巷进口、4131斜井下山、放煤井出口、联络巷出口；此外，还有一个人车场闸车信号钮。
综上所述，在整个信号系统中PLC共有10个输入信号。
在系统中，共有红绿信号灯10个，说明PLC一共有10个输出端，每个输出端控制一个信号灯。
根据上述条件（10个输入信号、10个输出信号），同时考虑到成本问题，通过对比，最终决定选用性价比较高的西门子S7-200系列的CPU224，该CPU具有14个输入端，10个输出端，采用梯形图编程，内部有各种辅助继电器256个，特殊继电器16个，定时器32个，计数器31个，数据寄存器64个，完全可以满足信号系统的需要，而且该CPU还支持扩展模块（最大可扩展7个扩展模块），可以为以后的系统扩展留下余地。
设备选型完成之后，就是对PLC进行程序设计。程序设计采用继电控制形式的“梯形图编程方式”，清晰直观，编程简单。
在所举的例子中，假设PLC的I0.0输入端为一石门放煤井出口的自动信号的输入端，梯形图编程如图2。
图2 梯形图
其它几处的编程以此类推即可，在此不再赘述。
3 PLC信号系统的优点
与传统的信号控制系统相比，PLC控制系统具有以下优点：
（1）PLC信号系统能够有效地减少红绿灯的使用数量。当使用传统控制方式的时候，一个重要的交通位置既有自动信号，又有手动信号，同时还有人车场闸车信号、顶车信号等多种信号，所以现场布置有三套甚至四套信号灯，大大浪费了财力人力。而采用PLC信号控制系统时，只需将各种输入信号输入进PLC系统内，通过PLC模拟运算之后，再输出信号控制红绿灯。这样现场就只需设置一套信号，极大地节约了人力物力。
（2）PLC信号系统便于工人维修。传统的控制方式由于信号灯众多，所以布线也比较复杂，一旦出现问题，故障点难以判断，使得事故处理时间大大延长。而使用PLC系统时，系统的结构比较简单，仅仅需要打开PLC判断是输入还是输出部分出现故障，然后按图索骥就可以很快处理，减少了事故时间，节省了人力成本。
（3）PLC控制系统具有记忆功能，可以纪录一段时间内的逻辑运算结果。这样一旦出现故障，就可以通过PLC的记忆功能来重新模拟事故现场的实际情况，便于分析事故，查找出事故的真正原因。而传统的控制系统则没有这一功能。
（4）PLC还可以支持扩展模块，具有扩展功能，便于系统的扩展。这样当现场的实际环境一旦发生变化，就可以不通过增加设备，而只通过改变程序就可以使得老系统适应新环境，增加了系统的使用年限。