ZMK-127风门自动控制装置设计与使用

控制系统的硬件设计

随着信息技术的发展，大中型矿井陆续建立了基于光通信的井下监测监控网络． 在反风的过程中井下要断电，我们设计的控制器系统具备不间断供电的功能和远程光通信功能，并通过了国家防爆检验和煤安认证．

控制系统包括: 1) ZMK － 127 型控制器主机如图 3 所示，其由变压器、蓄电池、充电器、开关电源、 SIMATIC S7 － 200PLC、光通信模块、电源切换电路、继电器电路和安全隔离栅组成，所有器件及连接导线按防爆检验的要求固定在特定的固定板上，整体放入矿用防爆箱［7］; 2) 关联设备，包括语音声光报警器、开关传感器、三位五通的本安电磁阀等，且均为隔爆兼本安型产品．

SIMATIC S7 －200PLC 具有结构紧凑、拓展功能较好、指令强大、可靠性高、支持 485 通信等优点; 在反风期间利用备用电源供电，对控制系统及其关联设备在选型时要求功耗比较低，在检测行人、过车、防夹和开关到位的传感器选型中选择了无源的磁性开关传感器; 三位五通的电磁阀选择德国进口的本安电磁阀，工作期间功耗只有 6 mA 左右; 语音声光报警器选取外部电源供电，在反风操作时闭锁风门全部打开，其断电不影响系统工作．

 

ZMK-127风门自动控制装置的工作原理

1)控制器内部的电气组合工作原理

井下配电系统一般设 127 /380 /660VAC 的线路，一些民用设备如充电器、PLC 等都是 220VAC 或 24VDC 供电，变压器成为连接井下配电系统和控制系统器件的媒介． 为完成不间断供电，需实现电源切换功能，即外部电源断电立即切换到蓄电池供电，利用继电器实现电源切换功能，其他用电器件都由切换电路的电源总线供电． 为了保障蓄电池的正常工作和使用寿命，需实现其过充和过放保护，充电器本身具备过充保护功能，利用 PLC 的定时器功能对蓄电池的供电时间进行控制，实验室验证蓄电池的最大供电时间为 7 h，PLC 设定其供电时间为 3 h，通过继电器关断． 由于 PLC 为晶体管输出无法直接控制安全隔离栅，只能通过继电器电路间接控制，输入口直接连接 PLC，安全隔离栅可以将输入、输出信号进行本安隔离，每一路的最大输出电流为 18 mA，一旦电流超限或电火花立即关断系统，也是本安型设计的功能器件． 光通信模块通过光缆与外界通信，不涉及电信号，使用中不用做隔离保护．

2)控制器系统的工作原理

结合井下巷道的距离和矿车的长度，闭锁风门和传感器的安装位置如图 4 所示． 控制器上电首先检测风门状态，如有风门处于打开状态将触发电磁阀关闭． 矿车从图中左方通过与从右方通过原理一致，传感器安装在道轨上，矿车通过 S1( 为了保障检测效果设置 2 个传感器) ，控制器接到信号将触发电磁阀将风门打开，控制器检测开到位信号，待 FM1 开到位语音声光报警器提示“风门已打开”; 控制器开始计时，延时到触发风门关闭，当矿车通过 S3 传感器而 FM1 没有关到位，语音声光报警器提示“前方风门打开请稍后”，控制器对检测信号记忆，待 FM1 关到位再打开 FM2，控制器计时矿车通行，延时到 FM2 关闭，完成本次矿车通过． 控制器的延时时间是根据车速、车长、风门的开关速度定的，本设计按车长10 m，即车头加 4 节车厢，在这段巷道中基本能满足运输要求; 如果车长过长则在通过过程中风门关闭，夹住矿车后将重新打开，再走到另一道风门时也要等待，但车长不能超过 20 m． 系统功能框图如图 5 所示，该系统设置了系统自检程序，运用逻辑错误检测法［9］时刻检查系统的状态，若与正常状态不符，如两道风门既不在闭锁状态又没有检测到矿车通过，故障检测程序将触发语音声光报警器长时间报警．