云南先锋煤业开发有限公司 655211
摘要：说到煤矿，人们总会与安全联系在一起。建国以来，煤炭在我国一直俗有“工业粮食”之称，反应了煤炭工业在我国工业革命中的重要地位。然而，煤炭事故频发，几乎成为我国历届政府痛心疾首的难题，在国际上产生了一些负面影响。煤矿事故频发的主要原因，本人认为还是技术落后问题。生产工艺，机械化及智能自动化水平低下落后是煤矿事故频发的主要原因。在云南，由于地质结构复杂，生产工艺较全国更加落后，炮采工艺，淘汰产品仍然存在。因此，只要煤矿机械化，自动化水平提高一点，都有可能会避免无数起事故发生。本文是作者长期以来在云南先锋露天煤矿工作实践中，根据露天矿生产环境设计的露天矿排土道路夜间照明自动控制装置,该装置能自动识别天亮与天黑，生产与停产或夜班期间遇恶劣气候临时停产,都能自动打开和关闭路灯照明,从而有效节约了电能,实现自动控制的目的。杜绝了人工控件制在排土道路上来往带来的事故风险。
关键词：露天煤矿排土道路夜间照自动控制。
【引言】露天煤矿排土道路夜间照明是《露天煤矿安全质量标准化》、《煤矿安全规程》明确规定的。在云南，露天煤矿采场到排土场都 有一段距离，排土道路沿线环境恶劣，坡陡湾急，风沙灰尘大，能风度低，如采用人工控制，操作人员经过排土运输道路是十分危险的，采用定时开关或光控制器控制，夜间排土工作会受环境、天气，生产计划在改变，导致夜班下班时间异常变动，而且一年四季天黑和天亮时间也在随季节变化，使用定时器需要人工经常性整定，使用光控制器虽能实现路灯按设定自动天黑打开，天亮关闭，但两种控制方式均无法识别如雷暴天气导致的突然停产，此时还得需要人工现场操作，这种恶劣天气对操作人员来说是非常危险的，不进行操作既浪费电能，又增加了成本，两种控制方式都是不科学的。
本文论述的是编者长期在露天矿实践中，结合先锋露天煤矿夜间排土的生产特点，设计制作的一套比较适用于露天矿排土道路夜间路灯照明的自动控制装置。该装置通过自动采集排土道路车辆运行信息，自动识别生产与停产状态，或运行中异常（如雷暴天气）导致的停产作业，均能在最后一辆排土矿车离开排土道路30min后自动关闭路灯，彻底杜绝了人工控制，最大限度的节约了电能，同时杜绝了人工操作带来的安全风险。
一、装置组成结构
图1是编者设计在先锋露天煤矿运行多年的排土道路夜间照明控制原理，该控制装置能控制一台变压器供电的所有照明。从图1可以看出,控制装置
由主回路（图a），二次人工控制（图b）和二次自动控制（图c）三部分组成。主回路是变压器低压则供出的三相四线制低压电源，当隔离开关QS和断路器1QF合上后，交流接触器KM受b图人工和c图自动回路的控制，KM被触发接通ABC三相电源后， ABC三相电源与变压器中性线N组成220V相电压向路灯供电，为确保三相负荷平衡，ABC各相所带路灯数量应尽量相等。
由于路灯检修工作一般在白天进行，检修时需要查找故的路灯，为方便检修，控制部分由人工控制（图1-b）和自动控制（图1-c）两部分路组成。当检修需要观察存在故障的路灯时，只需按下按钮2SB，就能在白天打开路灯找找故障，1SB为人工控制停止按钮。人工控制的另一个功能是，当自动控制部分出现故障时，人工控制方式可暂时解决排土道路夜间照明。
图1-c为自动控制原理，是本文论述的核心，其功能是实现主路中接触器KM自动闭合与断开的控制。图中可以看出，自动控制核心部分主要由可见光控传感器1SQ、红外光控传感器2SQ和可编程控制器PLC三个核心电气元件组成。
1、可见光控传感器1SQ。此元件是一个有源传感器，其实质是一个可见光光控开关，对光照十分敏感。傍晚自然光暗到设定值时，传感器会被触发动作使其开关量变位，当清晨自然光由暗变亮到设定值时，传感器自动完成复位动作，传感器触发动作定值可根据需要进行设定。识别白天与夜晚，实际上是利用该传感器对可见光的敏感性来触发动作使开关量变位与复位来实现自动控制的。
2、红外光控传感器2SQ。 此元件也是一个有源元件，其实质也是一个光控开关，只是触发此传感器动作的是一种红外光。图2是这种2SQ的工作原理，可以看出，此传感器分为发射和接收两部分，正常情况下，接收端接收发射端发来的红外光信号（图2-a所示）。当发送与接收之间的红外光被遮挡时，传感器被触发（图2-b所示）动作，开关量变位，无遮挡时传感器复位，本自动控制原理是利用运行中的矿车遮挡2SQ红外光来识别生产状况，从而实现自动控制的。
3、可编程序控制器PLC。该器件是实现自动控制最核心，按照事先写入的程序来处理1SQ、2SQ触发动作变位与复位的开关量信号，并将处理结果送继电器KA执行动作或不动作，本装置中可编程序控制器选用三菱FX1S-14MR（继电器型）。
二、工作控制过程
（一）人工控制： 人工控制非常简单，从图1可知，只要2QF处于合闸位置，按下按钮2SB，接触器KM动作即可开启路灯，按下1SB就能断开接触器KM关闭路灯，人工控制不是本论文重点论述内容，不作详细论述。
（二）自动控制过程
自动控制是本装置最重要的部分，是论文的核心。本装置处于自动控制状态下，图1中，隔离开关QS,断路器1QF、2QF、3QF均处于合闸位置。图1-c为自动控制原理，图3是实现自动控制过程编写在PLC内部的程序， a）图采用三菱专用编程软件GX Developer编写的梯形图程序；b)图是使用三菱FX-20P手持式编程器编写的指令表，无论使用那一种编程方式均能实现自动控制。
1、白天自动控制处于休眠状态。在图1-c中，传感器1SQ与红外光传感器2SQ在PLC中编程的逻辑关系为“与逻辑”。白天由于自然光较亮，传感器1SQ处于初始状态， PLC输入端X0无信号输入，等同于图3-a梯形图程序对应的X0置0，PLC输出继电器Y1不会被触发，其Y0输出端处于断开状态，依靠PLC输出端Y0提供DC24V工作电源的2SQ处于停止状态，此时当矿车经过安装装有2SQ传感器路段时，由于2SQ处于停止状态而不会被触发，路灯不会被开启，这状态象休眠一样，故称休眠状态。
2、傍晚自动唤醒自动控制过程。 傍晚自然光暗到1SQ动作定值时，1SQ被触发动作，将开关量送到PLC输入端X0，等同于图3-a梯形图程序X0被置1。从梯形图编程逻辑可看出，此时PLC输出继电器Y0被触发动作，输出端Y0与COM0被接通，PLC自带DC24V经COM0→Y0向传感器2SQ提供工作电源，此时2SQ才正式进入工作状态，但由于2SQ发送到接收端的红外光未发生被遮挡状况，2SQ不会被触发，仍处于初始状态。梯形图（图3-a）还可以看出，当X0被置1时，PLC内部继电器M0、定时器T0同时被触发。从梯形图（图3-a）可知，定时器T0触发后计时5秒后动作。计时5秒后动作的目的就是为防止1SQ被其他可见光短时照射引起误动。M0被触发后，其常开触点闭合触发定时器T1，T1被触发后开始计时，图3-a可知，T1计时30min后动作。其实，从图1-c并结合图3-a不难看出，当1SQ被触发进入工作状态后，自动控制就已经由休眠状态唤醒进入到自动控制状态，此时只要有矿车经过安装有2SQ路段，且伴有红外光被遮挡状况发生时（如图2-b），2SQ被触发动作，等同于PLC输入端X1变位置0，M0复位，M0复位后M1被触发接通，PLC输出继电器Y1被触发动作，Y1输出端输出开关量1触发继电器KA，KA动作后带动主回路（图1-1）中接触器KM动作，控制单元下的路灯被打开。从梯形图3-a和2SQ传感器工作原理图2-b不难分析，由于矿车是一个运动物体，2SQ不会常时间被触发，每经过一辆矿车，2SQ会被触发动作一次，内部继电器M0也会变位一次，M0每变位一次，定时器T1就会复位重新计时。也就是说，每一辆矿车经过安装有2SQ传感器路段时，定时器T1就会复位重新计时，在30min内如果没有矿车经过触发2SQ，该自动控制装置会识别为已经下班或已经停产，路灯会自动被关闭，从而达到自动控制和节能的目的。
3、天亮路灯自动关闭后，自动控制再次转入休眠状态工作过程。
当夜班一直持续到第二天天亮，路灯就会一整夜被触发开启，直到第二天清晨自然光亮到1SQ触发动作临界值时时，1SQ会动作自动复位到初始状态，等同于PLC输入端X0变位由1变为0，此时自动控制部分又自动回到休眠状态而停止工作，PLC输出端Y1和Y0也会复位使输出为0，继电器KA线圈失压带动接触器KM线圈失压而断开，路灯也会由此而被关闭，从而达到天亮自动关闭的目的。
该路灯自动控制装置就是这样一天一天周而复始地工作的。
三、存在的不足之处
该装置的不足之处是遇到暴雪或冻雨天气时，安装于道路两旁的红外光传感器覆冰或覆雪遮挡红外光时会产生误动，但这是极其罕见也是很容易解决的。
论文作者:李长寿
论文发表刊物:《防护工程》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/3
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