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[摘 要]针对现有井筒装备工程信号系统的缺点，利用PLC（programmable logic controller）技术对井筒装备的信号系统进行改造，把信号之间的各种闭锁关系利用软件来实现，使各个点信号的操作只须按一下相应的按钮即可。实验证明，该方案具有更高的安全性和可靠性。
[关键词]井筒装备；信号系统；PLC技术；改造
中图分类号：TD535 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0369-02
1.引 言
井筒装备的安装[1]是矿山机电设备安装工程中经常遇到的安装工程。由于井筒内工作面到井口操作台，井口操作台到绞车房的距离较远，其间信号的传递直接关系到生产的安全，因此，信号系统的可靠工作，具有十分重要的地位。
信号系统的工作流程是：井筒内工作面工人根据需要，向井口操作台发出信号，井口操作台工人再根据这个信号，向绞车房发出指令，指挥绞车的运行。在目前这类工程施工中，井筒内工作面到操作台间的信号传递，传统的工作方法是把信号灯和电铃并联后，再和点铃按钮串联接于127V电源电路中。发出的信号没有保持，全凭信号工的感觉，存在误打误听的可能。
操作台到绞车房之间的打点信号，传统的方法是利用五个刀闸，作为五个点信号的发出设备，每个刀闸的两个刀口上是并联的两路火线，其中的一路与其余的四个刀闸的一个刀口所接的电路并联后，再串接一个220V的电铃，作为打点信号的输出设备，这样，每合一次刀闸，不论是哪一个，电铃都会发出信号声；刀闸的另一路所接的电路中，则串接一个220V中间继电器的合闸线圈，这个中间继电器的一对常开触点串入一个220V的信号指示灯后接入交流220V的电路中。另一对常开触点则串入作为停点信号的中间继电器的常闭触点后，再与刀闸并联，串入中间继电器的合闸线圈后接入交流电路，作为保持信号的自保接点。同样，在作为停点信号的中间继电器的合闸线圈的回路中，也串入了其余的点信号电路的中间继电器的常闭触点，作为停点信号的自保接点。
纵观打点信号的操作过程，可以看到传统的信号系统存在的一些瑕疵：（1）由于是用刀闸操作220V的交流电，且刀闸上下刀口均带电，因此存在严重的安全隐患。（2）线路复杂，且由于机械触点长期振动而易于磨损、氧化，线头接点易松动，而造成故障率高，维修难度大，对生产影响时间长等弊端。（3）打点的信号的长短由操作人员手工打出，其随意性大，不规范，存在点数易误打误听的缺点。（4）二、三、四、五点信号间无闭锁关系，有可能使绞车司机无所适从。（5）和绞车的信号闭锁回路连接时，在经过减速点，信号继电器失电，操作台发出停点信号后，绞车司机停车，把主令把手回到零位，此时，哪怕信号员发出停点信号，信号继电器仍可得电，这是非常危险的缺陷。
2.解决方案
针对上述问题，本文采用PLC（programmable logic controller）技术[2]，把信号之间的各种闭锁关系利用软件来实现，使各个点信号的操作只须按一下相应的按钮即可。操作电压由交流220V改为安全的直流24V，取消了裸露的刀闸，改为灵活方便的按钮，一方面有电铃的声音信号，另一方面用数码管把信号内容明白无误的用数字表示出来，做到信号指示准确，规范，易于操作和辨识。原理如图1所示。
3. 工作原理
在实际应用中，选用PLC-FX2N-48MR[3]，定义X07作为井筒内工作面信号的输入端口，X06作为向井筒发信号的输入端口，X00为信号复位端口， X01、X02、 X03、X04、X05分别为五个信号按钮的输入端口，Y05为井筒内工作面有信号的指示输出端口，Y00、Y01、Y02、Y03、Y04为五个点信号的输出端口， Y05为驱动电铃的脉冲信号的输出端口，Y06为与井筒有关的铃声信号的输出端口，Y07为去井筒的电铃信号。
（1）操作台去车房的信号工作原理。对于2点信号，按下2点信号按钮X02，2点信号指令输入到X02端口，驱动内部继电器M12动作，（以下所称元件均指PLC内部软元件，在编写程序时利用）M12再驱动M22，M22的自保点与3点、4点的内部继电器M23，M24，M42，M43的常闭触点并联后，再与内部1点信号继电器M11常闭触点的串联，驱动Y01端口，闭合KA2，向车房发出2点灯光信号。这样，在发出2点信号的情况下，由于M22的自保点的闭锁作用，3、4、5点信号不能发出，只有1点消点后才可。M22同时驱动Y10，Y11，Y16，Y14，Y13，使数码管1显示出“2”。
在M22吸合脉冲的上升沿，通过内部时间继电器T12的常闭触点驱动内部中间继电器M60，M60驱动内部时间继电器T2，用命令赋予T2 0.3秒的计时长度，（以下时间继电器若无特别说明，均赋予0.3秒的计时长度）同时，经过T2的常闭触点，通过M61，驱动Y05，使电铃发出0.3秒的连续声音。在经过0.3秒后，T2输出停止后驱动T10，经过0.3秒后T10驱动T12，T12的常闭触点闭合，通过M62，驱动Y05，使电铃发出0.3秒的连续声音。至此完成2点信号的声光功能。
对于3点信号，按下3点信号按钮X03，3点信号指令输入到X03端口，驱动内部继电器M13动作，M13再驱动M23，M23的自保点与2点、4点的内部继电器M22，M24，M42，M43的常闭触点并联后，再与内部1点信号继电器M11常闭触点的串联，驱动Y03端口，闭合KA3，向车房发出3点灯光信号。这样，在发出3点信号的情况下，由于M23的自保点的闭锁作用，3、4、5点信号不能发出，只有1点消点后才可。M23同时驱动Y10，Y11，Y16，Y12，Y13，使数码管显示出“3”。3点声音信号的产生原理同2点声音信号，在M23脉冲的上升沿驱动T3，T3经过M64驱动Y05，使电铃发出0.3秒的连续声音。T3再驱动T11，产生0.3秒的间隙，T11驱动T13，T13经过M65驱动Y05，使电铃第二次发出0.3秒的连续声音。T13再驱动T20，产生0.3秒的间隙，T20驱动T23，T23经过M66驱动Y05，使电铃第三次发出0.3秒的连续声音。 对于4点信号，按下4点信号按钮X04，4点信号指令输入到X04端口，驱动内部继电器M14动作，M14再驱动M24，M24的自保点与2点、3点的内部继电器M22，M23，M42，M43的常闭触点并联后，再与内部1点信号继电器M11常闭触点的串联，驱动Y04端口，闭合KA4，向车房发出4点灯光信号。这样，在发出4点信号的情况下，由于M24的自保点的闭锁作用，4、3、2点信号不能发出，只有1点消点后才可。M24同时驱动Y15，Y16，Y11，Y13，使数码管显示“4”。4点声音信号的产生原理同2点声音信号，在M24脉冲的上升沿驱动T4，T4经过M68驱动Y05，使电铃发出0.3秒的连续声音。T4再驱动T21，产生0.3秒的间隙，T21驱动T14，T14经过M6驱动Y05，使电铃第二次发出0.3秒的连续声音。T14再驱动T21，产生0.3秒的间隙，T21驱动T24，T24经过M70驱动Y5，使电铃第三次发出0.3秒的连续声音。T24再驱动T30，产生0.3秒的间隙，T30驱动T34，T34经过M71驱动Y05，使电铃第四次发出0.3秒的连续声音。5点信号原理同上。内部继电器M25一方面驱动数码管显示“5”，另一方面也通过一系列程序，5次驱动Y05，向车房发出声音及灯光信号。
停点信号X00输入到X01端口，驱动M11，取M11的常闭触点串入别的信号的通路之中，在任何情况之下，按下XSB1，M11的常闭触点开路，断开所有信号的输出，通过信号闭锁，终止绞车的运行；通过M21，驱动Y11，Y12，使数码管显示“1”；还通过Y05，驱动电铃发出报警信号，
（2）操作台与井筒的信号联络原理。操作台发往井筒工作平台的信号输入X06，经过0KA8，驱动井筒平台上的声光信号机构，发出声光信号；而井筒上传的信号通过中间继电器JXX，输入X07端口，与X06互锁后，由计数器C1进行计数，为了防止信号重复计数，X06，X07端口均取上升沿计数，并用数码管2显示出来。当信号来自X07时，驱动Y27，数码管2的小数点DP被点亮，告诉操作者信号来自井筒，当信号来自X067时，驱动Y27，数码管2的小数点DP熄灭被点亮，提醒是操作者发的信号。在X06，X07信号的下降沿，驱动计时器T99，经过1秒后若无操作，则认为一次打点结束，然后把C1里的数据同常数1、2、3、4、5进行比较，如果大于5，则把Y17置位，数码管1的DP亮，告诉操作者打点无效。如果不大于5，则把结果对应保存在D20，D21，D22，D23，D24中，然后，驱动数码管2显示出相应的数字。同时，根据这个数字，分别驱动Y06，使操作台的电铃发出相应的声响。
4. 结论
经过信号系统的PLC改造，一方面，简化了电路，减少了故障率和检修的劳动强度，另一方面，信号的形式变得规范，统一和标准，提高了信号的质量，使得信号易于辨认，且不容易打错点。在投入生产后，已经取得了良好的社会效益和经济效益。
参考文献
[1] 乔红兵，陈大峰.立井刚性罐道井筒装备的安装[J].煤炭工程.2003， 06：38-39.
[2] 范永胜，王岷.电气控制与PLC应用 [M].北京：中国电力出版社.2007.2： 11-17.
[3] 洪春生，徐木心.可程式控制器（PLC）与有感机械手之整合应用[EB/OL]. http：//library.ksvs.kh.edu.tw/ksvs%20paper/5/file/14.pdf.2007-1-23.
[关键词]井筒装备；信号系统；PLC技术；改造
中图分类号：TD535 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0369-02
1.引 言
井筒装备的安装[1]是矿山机电设备安装工程中经常遇到的安装工程。由于井筒内工作面到井口操作台，井口操作台到绞车房的距离较远，其间信号的传递直接关系到生产的安全，因此，信号系统的可靠工作，具有十分重要的地位。
信号系统的工作流程是：井筒内工作面工人根据需要，向井口操作台发出信号，井口操作台工人再根据这个信号，向绞车房发出指令，指挥绞车的运行。在目前这类工程施工中，井筒内工作面到操作台间的信号传递，传统的工作方法是把信号灯和电铃并联后，再和点铃按钮串联接于127V电源电路中。发出的信号没有保持，全凭信号工的感觉，存在误打误听的可能。
操作台到绞车房之间的打点信号，传统的方法是利用五个刀闸，作为五个点信号的发出设备，每个刀闸的两个刀口上是并联的两路火线，其中的一路与其余的四个刀闸的一个刀口所接的电路并联后，再串接一个220V的电铃，作为打点信号的输出设备，这样，每合一次刀闸，不论是哪一个，电铃都会发出信号声；刀闸的另一路所接的电路中，则串接一个220V中间继电器的合闸线圈，这个中间继电器的一对常开触点串入一个220V的信号指示灯后接入交流220V的电路中。另一对常开触点则串入作为停点信号的中间继电器的常闭触点后，再与刀闸并联，串入中间继电器的合闸线圈后接入交流电路，作为保持信号的自保接点。同样，在作为停点信号的中间继电器的合闸线圈的回路中，也串入了其余的点信号电路的中间继电器的常闭触点，作为停点信号的自保接点。
纵观打点信号的操作过程，可以看到传统的信号系统存在的一些瑕疵：（1）由于是用刀闸操作220V的交流电，且刀闸上下刀口均带电，因此存在严重的安全隐患。（2）线路复杂，且由于机械触点长期振动而易于磨损、氧化，线头接点易松动，而造成故障率高，维修难度大，对生产影响时间长等弊端。（3）打点的信号的长短由操作人员手工打出，其随意性大，不规范，存在点数易误打误听的缺点。（4）二、三、四、五点信号间无闭锁关系，有可能使绞车司机无所适从。（5）和绞车的信号闭锁回路连接时，在经过减速点，信号继电器失电，操作台发出停点信号后，绞车司机停车，把主令把手回到零位，此时，哪怕信号员发出停点信号，信号继电器仍可得电，这是非常危险的缺陷。
2.解决方案
针对上述问题，本文采用PLC（programmable logic controller）技术[2]，把信号之间的各种闭锁关系利用软件来实现，使各个点信号的操作只须按一下相应的按钮即可。操作电压由交流220V改为安全的直流24V，取消了裸露的刀闸，改为灵活方便的按钮，一方面有电铃的声音信号，另一方面用数码管把信号内容明白无误的用数字表示出来，做到信号指示准确，规范，易于操作和辨识。原理如图1所示。
3. 工作原理
在实际应用中，选用PLC-FX2N-48MR[3]，定义X07作为井筒内工作面信号的输入端口，X06作为向井筒发信号的输入端口，X00为信号复位端口， X01、X02、 X03、X04、X05分别为五个信号按钮的输入端口，Y05为井筒内工作面有信号的指示输出端口，Y00、Y01、Y02、Y03、Y04为五个点信号的输出端口， Y05为驱动电铃的脉冲信号的输出端口，Y06为与井筒有关的铃声信号的输出端口，Y07为去井筒的电铃信号。
（1）操作台去车房的信号工作原理。对于2点信号，按下2点信号按钮X02，2点信号指令输入到X02端口，驱动内部继电器M12动作，（以下所称元件均指PLC内部软元件，在编写程序时利用）M12再驱动M22，M22的自保点与3点、4点的内部继电器M23，M24，M42，M43的常闭触点并联后，再与内部1点信号继电器M11常闭触点的串联，驱动Y01端口，闭合KA2，向车房发出2点灯光信号。这样，在发出2点信号的情况下，由于M22的自保点的闭锁作用，3、4、5点信号不能发出，只有1点消点后才可。M22同时驱动Y10，Y11，Y16，Y14，Y13，使数码管1显示出“2”。
在M22吸合脉冲的上升沿，通过内部时间继电器T12的常闭触点驱动内部中间继电器M60，M60驱动内部时间继电器T2，用命令赋予T2 0.3秒的计时长度，（以下时间继电器若无特别说明，均赋予0.3秒的计时长度）同时，经过T2的常闭触点，通过M61，驱动Y05，使电铃发出0.3秒的连续声音。在经过0.3秒后，T2输出停止后驱动T10，经过0.3秒后T10驱动T12，T12的常闭触点闭合，通过M62，驱动Y05，使电铃发出0.3秒的连续声音。至此完成2点信号的声光功能。
对于3点信号，按下3点信号按钮X03，3点信号指令输入到X03端口，驱动内部继电器M13动作，M13再驱动M23，M23的自保点与2点、4点的内部继电器M22，M24，M42，M43的常闭触点并联后，再与内部1点信号继电器M11常闭触点的串联，驱动Y03端口，闭合KA3，向车房发出3点灯光信号。这样，在发出3点信号的情况下，由于M23的自保点的闭锁作用，3、4、5点信号不能发出，只有1点消点后才可。M23同时驱动Y10，Y11，Y16，Y12，Y13，使数码管显示出“3”。3点声音信号的产生原理同2点声音信号，在M23脉冲的上升沿驱动T3，T3经过M64驱动Y05，使电铃发出0.3秒的连续声音。T3再驱动T11，产生0.3秒的间隙，T11驱动T13，T13经过M65驱动Y05，使电铃第二次发出0.3秒的连续声音。T13再驱动T20，产生0.3秒的间隙，T20驱动T23，T23经过M66驱动Y05，使电铃第三次发出0.3秒的连续声音。 对于4点信号，按下4点信号按钮X04，4点信号指令输入到X04端口，驱动内部继电器M14动作，M14再驱动M24，M24的自保点与2点、3点的内部继电器M22，M23，M42，M43的常闭触点并联后，再与内部1点信号继电器M11常闭触点的串联，驱动Y04端口，闭合KA4，向车房发出4点灯光信号。这样，在发出4点信号的情况下，由于M24的自保点的闭锁作用，4、3、2点信号不能发出，只有1点消点后才可。M24同时驱动Y15，Y16，Y11，Y13，使数码管显示“4”。4点声音信号的产生原理同2点声音信号，在M24脉冲的上升沿驱动T4，T4经过M68驱动Y05，使电铃发出0.3秒的连续声音。T4再驱动T21，产生0.3秒的间隙，T21驱动T14，T14经过M6驱动Y05，使电铃第二次发出0.3秒的连续声音。T14再驱动T21，产生0.3秒的间隙，T21驱动T24，T24经过M70驱动Y5，使电铃第三次发出0.3秒的连续声音。T24再驱动T30，产生0.3秒的间隙，T30驱动T34，T34经过M71驱动Y05，使电铃第四次发出0.3秒的连续声音。5点信号原理同上。内部继电器M25一方面驱动数码管显示“5”，另一方面也通过一系列程序，5次驱动Y05，向车房发出声音及灯光信号。
停点信号X00输入到X01端口，驱动M11，取M11的常闭触点串入别的信号的通路之中，在任何情况之下，按下XSB1，M11的常闭触点开路，断开所有信号的输出，通过信号闭锁，终止绞车的运行；通过M21，驱动Y11，Y12，使数码管显示“1”；还通过Y05，驱动电铃发出报警信号，
（2）操作台与井筒的信号联络原理。操作台发往井筒工作平台的信号输入X06，经过0KA8，驱动井筒平台上的声光信号机构，发出声光信号；而井筒上传的信号通过中间继电器JXX，输入X07端口，与X06互锁后，由计数器C1进行计数，为了防止信号重复计数，X06，X07端口均取上升沿计数，并用数码管2显示出来。当信号来自X07时，驱动Y27，数码管2的小数点DP被点亮，告诉操作者信号来自井筒，当信号来自X067时，驱动Y27，数码管2的小数点DP熄灭被点亮，提醒是操作者发的信号。在X06，X07信号的下降沿，驱动计时器T99，经过1秒后若无操作，则认为一次打点结束，然后把C1里的数据同常数1、2、3、4、5进行比较，如果大于5，则把Y17置位，数码管1的DP亮，告诉操作者打点无效。如果不大于5，则把结果对应保存在D20，D21，D22，D23，D24中，然后，驱动数码管2显示出相应的数字。同时，根据这个数字，分别驱动Y06，使操作台的电铃发出相应的声响。
4. 结论
经过信号系统的PLC改造，一方面，简化了电路，减少了故障率和检修的劳动强度，另一方面，信号的形式变得规范，统一和标准，提高了信号的质量，使得信号易于辨认，且不容易打错点。在投入生产后，已经取得了良好的社会效益和经济效益。
参考文献
[1] 乔红兵，陈大峰.立井刚性罐道井筒装备的安装[J].煤炭工程.2003， 06：38-39.
[2] 范永胜，王岷.电气控制与PLC应用 [M].北京：中国电力出版社.2007.2： 11-17.
[3] 洪春生，徐木心.可程式控制器（PLC）与有感机械手之整合应用[EB/OL]. http：//library.ksvs.kh.edu.tw/ksvs%20paper/5/file/14.pdf.2007-1-23.