长沙矿山研究院有限公司检测中心
摘要：采用先进的PLC（可编程序控制器）微控技术将速度检测、逻辑运输出多种控制集于一体，并用单片机进行无线收发与绞车房进行通讯。
关键词：PLC；单片机；绞车房；通讯。
Advanced:PLC(programmablecontroller)microcontrollertechnologywillspeeddetection,logicaltransportofavarietyofcontrolsinone,andasinglechipmicrocomputerwirelesstransceiverandwinchforcommunication.
自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（ProgammableLogicController,PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛的应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不在局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。
目前矿井上使用的罐笼防坠产品，是针对罐笼主绳绷断时的防坠产品；当绞车出现意外时，由于罐笼下坠时仍有主绳悬吊，这类防坠器无法发挥防坠作用，导致事故发生。
罐笼防坠器是在提升钢丝发生断裂的情况下，才发生作用进行制动，防止罐笼下落，它是矿用在用设备的主要设备之一，近年来发生了过速跑车，造成罐笼坠罐事故，对此，安全生产对罐笼防坠器提出了新要求：要能够对原罐笼防坠器进行重大技术改造，完全有效的避免罐笼高速带绳下坠引起的恶性事故发生。
PLC是一种以微处理技术为基础，将控制处理规则存储于存储器中，应用于以控制开关量为主或包括控制参量在内的逻辑控制、机电运动控制或过程控制等工业控制领域的新型工业控制装置，PLC的应用特点如下：
1、可靠性高，抗干扰能力强
高的可靠性是电气控制设备的关键性能。微机功能强大但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能导致一般通用微机不能正常工作；传统的继电器—接触器控制系统抗干扰能力强，但由于存在大量的机械触点（易磨损、烧蚀）而寿命短，系统可靠性差。PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高，从实际使用情况来看，PLC控制系统的平均无故障时间一般可达4～5万小时。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，能适应有各种强烈干扰的工业现场，并具有故障自诊断能力。如一般PLC能抗1000V、1ms脉冲的干扰，其工作环境温度为0～60℃，无需强迫风冷。
2、使用灵活、通用性强
PLC的硬件是标准化的，加之PLC的产品已系列化，功能模块品种多，可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入输出信号线。当需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入输出组件和应用软件的不同。
3、接口简单、维护方便
PLC的接口按工业控制的要求设计，有较强的带负载能力（输入输出可直接与交流220V，直流24V等强电相连），接口电路一般亦为模块式，便于维修更换。有的PLC甚至可以带电插拔输入输出模块，可不脱机停电而直接更换故障模块，大大缩短了故障修复时间。
4、编程简单、容易掌握
PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑了现场工程技术人员的技能和习惯。大多数PLC的编程均提供了常用的梯形图方式和面向工业控制的简单指令方式。编程语言形象直观，指令少、语法简便，不需要专门的计算机知识和语言，具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间内掌握。利用专用的编程器，可方便地查看、编辑、修改用户程序。
5、系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使得控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使得同一台设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。
6、设计、施工、调试周期短
用继电器—接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏（柜）的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用PLC控制，由于其靠软件实现控制，硬件线路非常简洁，并为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量（输入输出点数、内存大小）等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能，大大减轻了繁重的安装接线工作，缩短了施工周期。PLC是通过程序完成控制任务的，采用了方便用户的工业编程语言，且都具有强制和仿真的功能，故程序的设计、修改和调试都很方便，这样可大大缩短设计和投运周期。
本项目利用PLC的以上特点，在本项目的控制中，我们选用西门子S7-200CN系列CPU224DC/DC/DCPLC。
立井提升罐笼带绳过速跑车防坠装置主要由测速传感器、电气控制、制动执行三部分组成，PLC中输入相应的参数和运算，可以将以上三个部分组合运转，完成带绳过速跑车防坠。
1、立井编码器与靠轮同轴安装，检测罐笼运行速度，编码器将脉冲输入到PLC；
2、PLC根据设定参数计算并判定罐笼速度有无超速；
3、罐笼超速后，由电气控制部分带动脱扣转动器动作；
提升罐笼带绳过速跑车防坠装置可完成以下控制功能：
4、脱扣器带动驱动弹簧打开，驱动弹簧带动抓捕器将罐笼制动；
5、单片机控制无线收发模块，与绞车房进行通讯。
PLCCPU224DC/DC/DCPLC的主要参数：
外形尺寸：120.5*80*62mm
程序存储器：可在运行模式下编辑12288Byte
不可在运行模式下编辑16384Byte
数据存储区：8192Byte
掉电保护时间：100h
I/O口：14入/10出
扩展模块数量：7
高速计数器：6路30KHZ
脉冲输出DC：2路20KHZ
换向电位器：2
通讯口：RS485
I/O映像区：256（128入/128出）
布尔指令执行速度：0.22uS
宏晶STC89C52RD单片机，超强的抗干扰和工业级设计完全适合在矿井环境下运行。
STC89C52RD单片机指令代码完全兼容传统的8051代码。它有以下特点：宽工作电压：4.4-5.5V；ISP（在系统编程）IAP（在应用编程），无需专用编程器；超强抗干扰，轻松过4KV快速脉冲干扰（EFT）；高抗静电，6KV静电可直接打在芯片管脚上；超低功耗，PowerDown＜0.1uA；超强加密；工作温度范围为-40~85℃
无线发射电路（如下图），通过无线发射电路，可与绞车房进行通讯，告知罐笼运行的状态，也可作为拓展功能预留，将来实现井下矿山的综合控制管理。
稳压电路（如下图）稳压电路可提供+5V、+15V电源，为装置供电。
PLC输出通过继电器控制DC24V1A3000r/m电动机，完成装置的执行。
然后利用程序控制功能，利用梯形图和汇编语言进行编程，除了主程序处理，主要子程序有：
1）电源电压检测子程序
2）输入测速子程序
3）输出控制开关量子程序
4）无线发射子程序
可实现功能如下：
1）检测罐笼速度
2）通过运算判断当前速度是否超速
3）当罐笼超过最大允许速度时，输出信号控制电机转动
4）将当前罐笼状态通过无线发射，传递到绞车控制机房
然后配合制动执行和测速传感部分，测速传感器测得速度信号给PLC控制器，PLC控制器控制电磁得电，并使得弹簧脱扣装置脱扣后带动罐笼制动装置对罐笼进行制动，PLC中输入相应的参数和运算，可以组合运转，完成带绳过速跑车防坠，防止坠罐事故发生，保障立井提升安全。
参考文献
[1]张凤珊，电气控制及可编程序控制器，2版[M].北京：中国轻工业出版社，2003
[2]史国生，电气控制与可编程控制技术，化学工业出版社，2010
[3]梁南丁，王红俭，矿山机械设备电气控制，煤炭工业出版社，2007
[4]编委会编著，矿井提升机的故障处理技术改造，机械工业出版社，2005