摘要：介绍了一种无轨载物列车组的自动行走控制系统，它是以S7-1200系列PLC作为核心控制器。首先介绍了列车的总体控制方案，了解列车主要实现的功能和PLC控制系统的组成，完成了PLC的模块选型及其外部接线图，然后采用PLC进行软件编程设计,实现列车组的行走控制。
关键词：载物列车；控制系统；PLC
中图分类号：TD634 文献标志码：A 文章编号：1008－8725（2016）03－0240－03
引言
煤矿井下采煤设备需要近距离的供电、供能才能保证采煤工作的开展，而供电、供能设备随着煤矿生产的发展也越来越重型机械化，巨大的运输工作量和井下非常恶劣复杂的环境条件给运载设备随采煤工作面推进的进程增加了很大风险。在这个反复移动的进程中，尤其当遇到坡度较大的道路，就很容易发生板车断连形成的跑车掉道等危险事故。因此，设计一种适用于大倾角坡面运输的煤矿井下载物列车对煤矿生产有着非常重要的意义。新研制的全自动无轨载物列车组设为多台制动平板车串联联接，实现载物台与轨道一体化，通过液压系统实现同时快速跟进和制动。它去掉以往传统的轨道运载装置，克服运行过程中易跑车、掉道等缺点，从基础上解决了有轨道运输产生的很多问题。它可以应用于煤矿井下多种类型的运输，并且安全制动性能较好，适用于大坡度场合，可靠程度较高，拥有优良的推广价值。
1载物列车组总体控制方案
1.1载物列车组实现功能
本载物列车组自动行走控制系统为配合煤矿井下采煤工作面的使用要求，设置如下5项功能（1）启动/停止功能当按下启动控制按钮，液压泵启动，开始向升降油缸和驱动伸缩油缸充油，该列车启动处于等待指令状态，给出停车控制指令即停止。（2）前进/后退功能该载物列车组主要是在控制指令下完成前进和后退作业，从而完成给其他大型设备的能源供给。（3）保护功能对列车组液压系统运行状态进行监测实现液压保护；通过安装激光测距装置和压力传感器，完成对列车组的位移保护和超载保护；通过接入电压或电流传感器进行过电流、低电压以及漏电保护等。（4）工作方式选择该控制系统拥有手动和自动2种工作模式，手动控制由人工有顺序地控制液压缸的伸缩和升降来完成载物列车组的前进和后退动作，而自动工作方式通过PLC按照选择的工作方式自动前移或退后，不用人工按照油缸动作顺序控制油缸动作。（5）动态监测监控计算机对列车的状态以及油缸的动作状态进行实时监控，检测液压泵的油压、温度，以及控制电路中的电流、电压等工作参数，提供列车在运行状态时的各种信息与故障信息，实现超限报警功能。
1.2载物列车组
PLC控制系统组成该载物列车组PLC控制系统由计算机控制系统和PLC集中控制系统组成，其中，PLC集中控制系统包括控制主站、各控制分站、各种检测传感器和执行元件。控制计算机和PLC集中控制系统之间通过工业以太网进行通信，在PLC集中控制系统内部，主站PLC与各分站PLC之间通过现场PROFIBUS通信协议实现数据交换，PLC作为下位机和根据执行机构的指令来源执行任务。本控制系统选用西门子公司生产的小型模块化S7-1200系列PLC为核心控制部分，该控制部分由CPU核心模块和扩展模拟量或数字量输入/输出模块和上位机监控中心组成。根据控制系统应具备的功能，设计PLC系统总体控制结构如图1、图2所示。
2列车组PLC控制系统硬件设计
2.1PLC模块选型
本载物列车控制系统根据数字量和模拟量的统计，控制系统具有的数字量输入不得低于16点，数字量输出不低于10点，模拟量输入通道高于6路、模拟输出通道高于6路，扩大输入输出量为系统将来改良升级要留有适量的预留量。本S7-1200系列PLC控制系统包含的模块有主机模块CPU1214CDC/DC/Rly，1块数字输入量模块SM1221DI8×24VDC;1块SM1231AI8模拟量输入模块；1块信号板数字输出量模块DO4×24VDC_1;1块通信模块RS485接口；1个KTP600BasiccolorPN触摸屏。
2.2PLC外部接线图设计
针对数字量和模拟量的统计，进行I/O地址的分配，设计PLC外部接线如图3所示，图中设有外接备用电源部分电路，在PLC发生故障时可以快速切换供电。
3PLC控制系统的软件设计
3.1软件设计思路
载物列车控制系统的控制对象有升降油缸、伸缩油缸、液压泵等设备。各个设备间要相互闭锁，同时各油缸动作要按序进行才能实现列车的位移动作。在进行软件编程时要先确定载物列车油缸在列车前进和后退过程中的启动顺序，以及手动方式和自动方式下列车实现行走的区别。然后设计程序流程图，采用可编程逻辑控制器编写程序。
3.2软件设计流程图
本载物列车组主要是对液压泵、升降油缸和驱动油缸的继电器进行启停控制，各设备间要相互配合才能实现载物列车的灵活前进和后退。载物列车组启动之前先检查PLC、装置有无故障，若存在故障结束返回；返回之后采取手动方式检查故障进行维修。若都无故障，检测油泵启动状态，油泵启动就可以对操作方式进行选择。选择好工作方式则列车根据发出的行进控制指令进行前进或后退动作，最后在停止控制指令下停止工作。载物列车组的前进和后退是按照一定顺序控制液压油缸的顺序动作，循环往复运动即可实现列车的前进和后退。在自动控制方式中将不再需要每一步的控制油缸的升降和伸缩动作，借用位置开关控制使6个油缸伸缩动作按序进行。在列车组运行过程中PLC实时采样监测所对应的传感器的数据，与设定正常值进行比较，若不满足要求就接通报警指示灯，并执行相应保护动作完成报警功能。主程序流程图如图4所示。
4结语
本系统采用西门子公司生产的S7-1200系列的小型模块PLC，设计了自动和手动控制方式选择，列车行进可以前进后退自如。为保障无轨载物列车的正常运行，采用各类传感器以及位置开关来进行检测和保护，并且通过触摸屏显示。利用液压系统的油缸顺序动作来实现列车的前进和后退，采用位置开关检测实现列车的自动控制。综上所述，本文设计的煤矿井下自动行走无轨载物列车，综合考虑各个因素来设计方案和进行控制，它的自动化性能以及稳定性比以往有着很大突破，它满足煤矿井下辅助运输设备的要求，对于煤矿综采面大型重型设备的运输以及煤矿安全生产效益有着重要影响。
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作者：帅佳慧 王翠 单位：中国矿业大学 信息与电气工程学院
