基于工业以太网络的密闭门远程控制系统的设计及应用研究

摘 要：文章分析了密闭门正常运行的重要作用，结合工业以太网的组成结构设计了对密闭门远程控制的控制系统，详细阐述了其工作过程。对中央变电所、中央水泵房、采区变电所、采区水泵房的无人值守、事故后继续发挥其原有功效有促进作用和重要意义。

关键词：密闭门；远程控制；工业以太网；设计

引言

随着社会的发展，安全生产被日益重视。目前，矿井水害频发，给矿井安全生产、矿工的人身安全、国家和全社会的资产带来了难以估量的损失。[1]

矿井中央变电所是矿井的电气动力的核心，担负着极其重要的供电任务，尤其是发生水害之后。一旦矿井的中央变电所和中央水泵房被水淹没，矿井下面大量的排水设施陷入无法运转的境地。矿井中央变电所多坚持工作1分钟就能为矿工多赢得1分钟的生还的机会。中央变电所的密闭门将是保障供电设施安全的最后一道屏障。可见密闭门的可靠运转、迅速关闭特别是能够远程地面上进行关闭是极为重要的。

目前，矿井中所使用的密闭门大都无法在数秒内完成关闭。典型的密闭门是在关闭之后，人工拧紧密闭门上的紧固螺栓然后依靠人工击打楔子来实现密闭门对水的密封作用的持续性。实际上，当突如其来的水害或者火灾发生时，面对其他众多矿工纷纷迅速撤离，密闭门操作工人仿佛听到家人的召唤、切身感受到死神的威胁等。这些矿工的心理上处于严重的应激状态。这种情况下，要求他们顶着巨大的心理压力，冒着生命危险，在他人纷纷撤离的情况下，使用传统上的效率缓慢、速度低下的人工关闭密闭门的方法来操作。这将对密闭门的作用大打折扣，甚至无法发挥其作用。

1 工业控制以太网的结构

干河矿2008年建设完成了调度信息化的主要系统，信息化工业环网使用的是天地常州科技有限公司生产的GEPON环网设备，在井下中央变电所、一采区变电所安装环网设备。实现井下所有信息系统（数据、语音、视频）的数据上传。安全监控系统、人员定位系统、通讯联络系统、井下视频监控系统通过井下这两个环网接入点把井下各种监测监控系统数据、图像等汇入主干网络，集中高速送到地面各监控系统主机。地面信息网使用杭州华三公司的网络交换机，每个工作场所都有网络节点，保证网络互连。

图1 干河矿生产控制网的结构

2 密闭门就地控制系统的设计

干河煤矿的两个密闭门现状如下：（1）净通过高度1.8米；（2）净通过宽度2.0米；（3）最大耐压值98KPa；（4）密闭门门扇为平钢板、井字筋板、圈梁等组焊而成；（5）拉紧装置为楔形滑块楔紧；（6）门枢采用滚动轴承支撑；（7）门框为槽钢、工字钢组合框架结构。

为克服现有技术存在的不足，设计一种新的矿用密闭门的控制装置，其能够在巷道内突然出现大量涌水或者火灾时快速、可靠的关闭和打开密闭门。[2]

（a）密闭门门外 （b）密闭门门内

图2 密闭门实物照片

矿用密闭门的控制装置，包括PLC控制器、开关门控制按钮、门体控制装置和门闩控制装置、位置传感器，所述密闭门包括门体、门框、设置在门体上的门闩和设置在门框上的门闩架，其特征是，所述开关门控制按钮包括设置在密闭门门内的门内开关门控制按钮和设置在密闭门门外的门外开关门控制按钮，所述门体控制装置包括门体控制电磁阀、门体气压双向锁、门体驱动气缸，所述门闩控制装置包括门闩控制电磁阀、门闩气压双向锁、门闩驱动气缸，所述位置传感器包括门体开到位传感器、门体关到位传感器、门闩开到位传感器和门闩关到位传感器；所述PLC控制器分别与门内开关门控制按钮、门外开关门控制按钮、门体控制电磁阀、门闩控制电磁阀、门体开到位传感器、门体关到位传感器、门闩开到位传感器和门闩关到位传感器连接，所述门体控制电磁阀通过门体气压双向锁与门体驱动气缸连接，所述门闩控制电磁阀通过门闩气压双向锁与门闩驱动气缸连接；所述门体驱动气缸设置在密闭门门框上，所述门体开到位传感器和门体关到位传感器设置在门体驱动气缸上；所述门闩驱动气缸设置在门体上并与门闩连接。

还包括上位机，所述上位机设置在井上控制中心且通过通讯网路与PLC控制器连接。门体控制电磁阀包括开门控制电磁铁和关门控制电磁铁，所述开门控制电磁铁和关门控制电磁铁分别与PLC控制器连接。门闩控制电磁阀包括出闩控制电磁铁和收闩控制电磁铁，所述出闩控制电磁铁和收闩控制电磁铁分别与PLC控制器连接。门体通过门轴铰链与门框连接。开关门控制按钮设置在防爆开关按钮箱体内。（见图3和表1）

图3

3 密闭门自动装置的工作过程

当矿井巷道发生水灾需要关闭密闭门时，在井下按下门内开关门控制按钮或者门外开关门控制按钮，或者通过井上上位机进行远程控制向PLC控制器发出关门指令。PLC控制器接收到控制指令后控制气动管路中的门闩控制电磁阀使得门闩收回，然后控制气动管路中的门体控制电磁阀使得门体在门体驱动气缸的作用下关闭。当门体关到位传感器检测到门体运动到位时，PLC控制器控制气动管路中的门闩控制电磁阀使得闩伸出，从而完成密闭门的关闭工作。关闭密闭门后PLC控制器控制门体控制电磁阀和门闩控制电磁阀失电，密闭门会在门闩双向气压锁的作用下处于关闭状态。

当需要开启密闭门时，先按下门内开关门控制按钮或者门外开关门控制按钮，或者通过井上上位机进行远程控制向PLC控制器发出开门指令。PLC控制器接收到控制指令后控制气动管路中的门闩控制电磁阀使得门闩收回，然后控制气动管路中的门体控制电磁阀使得门体在门体驱动气缸的作用下开启。当门体开到位传感器检测到门体运动到位时，从而完成密闭门的开启工作。开启密闭门后PLC控制器控制门体控制电磁阀和门闩控制电磁阀失电，密闭门会在门体双向气压锁的作用下处于稳定的开启状态。

4 结束语

文章设计的密闭门远程控制器的有益效果是，采用上述结构后，本实用新型可以实现一键关门操作，特别是在紧急状态下显得尤为必要，能为工人水灾或者火灾发生时，使得中央水泵房和中央变电所正常运行更多的时间，为井下密闭门操作工人和其他矿工的撤离赢的宝贵的时间。本实用新型不仅能够实现井下工人或者是地面调度中心对井下密闭门的一键关闭，而且能够在关闭之后自动上好门闩并且保持其处于关闭自锁状态，同时实现在在井上进行远程控制操作。对中央变电所、中央水泵房、采区变电所、采区水泵房的无人值守、事故后继续发挥其原有功效有促进作用和重要意义。

参考文献

[1]朱高生，王忠宾.一种井下防水密闭门液压驱动系统的设计[J].液压与气动，2012（4）：46-47.

[2]李洋.林南仓矿井下泵房防水密闭门自动控制系统的研究与应用[J].煤矿机械，2014（3）：156-157.