斜巷防跑車控制系統的研制

姚 遠，張 峰

(1.皖銅陵天奇藍天機械設備有限公司，安徽 銅陵 244061;2.皖淮北礦業集團楊柳煤業有限公司，安徽 淮北 235119)

斜巷防跑車裝置安裝于運輸斜井段，可以減少斜巷運輸過程中由于發生跑車、斷繩等造成的事故損失，實現安全準確地制動，斜巷防跑車裝置根據擋車欄工作狀態分為常閉式和常開式。常閉式即在礦車正常工作時，擋車欄均為關閉狀態，當礦車正常運行時，擋車欄接受指令正常打開，礦車安全通過;常開式指在礦車發生跑車、斷繩、脫鉤等安全事故時，控制系統控制擋車欄放下，阻攔礦車，蓄能器作用，實現礦車的安全制動。為保證防跑車裝置的可靠性及準確性，常采用常閉式一坡三擋的斜巷防跑車結構。

1 裝置整體設計

安全可靠的斜巷防跑車裝置可以時刻監控礦車運行狀況，準確判斷礦車是否安全運行，減少井下作業事故率的發生，保障作業的安全性，減少財產損失及人員傷亡。新型常閉式一坡三擋的斜巷防跑車裝置見圖1，在斜井距井口、井底s處及斜井段中間位置分別安裝一套防跑車裝置，一坡三擋的結構可以有效實現跑車制動，防跑車裝置主要由平巷阻車器、蓄能器、擋車欄及控制系統組成。平巷阻車器按操縱方式不同有手動式、機械式及電氣式，該裝置采用機械式重錘自動復位式阻車器，可以保障平巷階段的正常安全運行;蓄能器種類繁多，包括壓板式、楔形塊式、彈簧式及多盤式，綜合各種類型的優缺點，其中壓板式蓄能器具有結構簡單，安裝方便，制動效果好等優點，常采用由上、下壓板構成的壓板式蓄能器;控制系統是該裝置的重要組成部分，合理的控制系統可以有效地監控礦車運行情況，及時處理突發事故。該控制系統主要由傳感器、監控裝置及PLC等組成，可以準確有效地保障礦車的正常運行，并對突發事故及時動作，可大大提高井下作業的安全性。

圖1 斜巷防跑車裝置示意圖

2 監控設備

2.1 攝像頭

在煤礦安全規程中明確指出“行人不行車，行車不行人”，但在井下實際作業過程中不免發生跑車撞人事故，為時刻監控礦車作業環境，在每一套防跑車裝置中設有攝像頭裝置(見圖1)，時刻監控礦車運行狀況及周圍作業環境，以防止突發事故的發生。此外，在實際生產中，由于系統設計穩定性差等原因造成擋車欄無法正常開啟，當出現礦車運行正常，而擋車欄未能及時反應開啟時，及時進行人工操作擋車欄開啟，提高礦車作業效率。

2.2 語音報警裝置

語音報警裝置包括LED顯示屏和語音報警器，LED顯示屏根據礦車實際運行情況顯示“安全行車”及“故障運行”，并對突發事故及故障語音報警，更加智能化顯示礦車行車情況。

2.3 傳感器

防跑車控制系統采用壓力傳感器和測速器監控礦車運行情況，壓力傳感器安裝在斜巷坡點。當礦車正常運行時，壓力傳感器4測量礦車鋼絲繩壓力值在規定范圍內;當礦車發生跑車、斷繩等事故時，壓力傳感器測量值小于許用范圍，控制系統做事故處理。為保障礦車安全性，采用雙數據測量，礦車正常運行時，測速器測量礦車在規定速度范圍內，屬于正常運行，當出現跑車等事故時，礦車速度遠遠大于設定速度，判斷事故運行。

3 控制系統

3.1 硬件設計

斜巷防跑車控制系統采用西門子S7系列實現，其硬件流程見圖2。

圖2 控制系統硬件流程示意圖

控制系統主要由PLC、壓力傳感器、測速器、深度指示器及語音報警裝置組成。壓力傳感器及測速器是測量礦車運行狀況的重要保障，采用SK系列通用型壓力傳感器，準確可靠地測量礦車是否在規定軌道中正常運行。壓力傳感器和測速器的測量數據傳輸到PLC中，由PLC內部程序判斷礦車是否正常運行。深度指示器測量礦車的運行位置，當判斷礦車為正常運行時，擋車欄才可以打開，語音報警裝置顯示和語音“運行正常”。

3.2 軟件設計

控制系統采用PLC控制，傳感器采集的數據輸入PLC中，見圖3。

圖3 軟件流程示意圖

礦車開始運行，操作人員通過攝像頭及PLC數據顯示控制操作界面，程序規定正常運行為“1”，當礦車正常運行時，安裝在斜巷坡點處的壓力傳感器測量鋼絲繩的壓力值。礦車正常運行時，壓力傳感器壓力值在許用范圍內，采集的數據在許用范圍內輸出“1”。當發生跑車等事故時，采集的數據值遠小于許用值輸出“0”。測速器安裝在斜巷運輸段，用于測量礦車的速度，非正常運行時采集的礦車速度遠大于許用范圍輸出“0”，控制系統采用壓力傳感器、測速器雙數據輸出，交集運算結果，增加系統可靠性，即當壓力傳感器、測速器輸出值同為“1”，判斷礦車為正常運行“1”，否則均為“0”，即判斷為故障運行，擋車欄始終處于無動作的關閉狀態，只有交集輸出“1”，即正常運行時，語音報警裝置顯示運行狀況，語音提醒“安全行車”，深度指示器顯示礦車的運行位置，當礦車正常運行到達如圖1所示的位置，PLC控制擋車欄電動機轉動，擋車欄升起，礦車順利通過，設定擋車欄下放位置點，當礦車順利通過后，擋車欄自動放下，順利通過斜坡一坡三擋的第一擋。

此外，為保障控制系統的絕對安全性，操作人員通過攝像頭可以時刻監控礦車作業環境，加設攝像頭直接監控操作過程，此過程與軟件流程采用并聯設計，出現異常事故時，可直接控制擋車欄的動作以防止突發事故的發生。見圖4。

圖4 軟件流程示意圖

當發生突發事故時，直接操作緊急按鈕即可;當出現礦車正常運行，而擋車欄未能及時開啟時，手動操作擋車欄升起，礦車正常通過，以提高井下作業效率。

4 結束語

設計合理的控制系統是斜巷防跑車裝置可靠性的重要保障，采用PLC結合壓力傳感器、測速器可以準確測量礦車運行情況，攝像頭可以時刻監控礦車作業環境，大大減少了事故的發生。

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