架空乘人裝置無人值守系統(tǒng)

趙體兵 馮明倫

(河南永錦能源有限公司云蓋山煤礦一礦,河南禹州 461670)

架空乘人裝置無人值守系統(tǒng)

趙體兵 馮明倫

(河南永錦能源有限公司云蓋山煤礦一礦,河南禹州 461670)

架空乘人裝置具有快速、安全、高效的運(yùn)輸特點(diǎn),在井下輔助運(yùn)輸中得到快速的發(fā)展,成為井下人員運(yùn)輸?shù)闹饕绞健１疚妮^為詳盡的論述了河南能源永錦一礦架空乘人無人值守系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能,以期能為其他企業(yè)類選型和應(yīng)用提供參考。

架空乘人裝置 無人值守 集中控制

架空乘人裝置是近年來在煤碳行業(yè)推行的一種新的人員運(yùn)輸形式[1-3]，該裝置因其快速、安全、高效在煤礦井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中得到了快速的發(fā)展，已逐漸成為井下人員運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ遊4-5]。河南能源永錦一礦，從2012年初到2013年底兩年內(nèi)開掘了兩條行人斜巷，采用RJY-55型和RJY-37型兩部斜巷乘人裝置運(yùn)送人員，隨著兩部架空乘人裝置的運(yùn)行，永錦一礦徹底淘汰了斜巷人車，給生產(chǎn)帶來了極大的便利，但由于系統(tǒng)采用人工操作，自動(dòng)化程度很低，在使用中暴露出了諸多問題，為此，永錦一礦與株洲天成公司合作，共同開發(fā)出一種穩(wěn)定、可靠、保護(hù)齊全、功能強(qiáng)大、技術(shù)先進(jìn)的自動(dòng)控制和監(jiān)控系統(tǒng)。本文對(duì)該系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能進(jìn)行了系統(tǒng)的論述，以期為其他企業(yè)選型和應(yīng)用提供參考。

1 問題的提出

2013版《煤礦安全規(guī)程》第365條規(guī)定：人員上下的主要傾斜井巷，垂深超過50m，應(yīng)使用機(jī)械運(yùn)送人員。目前我國(guó)煤礦提升運(yùn)送人員廣泛采用斜巷人車和斜巷架空乘人裝置，而架空乘人裝置因其快速、安全、高效的運(yùn)輸特點(diǎn)，在井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中得到了快速普及，將逐步替代斜井人車，成為井下人員運(yùn)輸?shù)闹髁鳌：幽夏茉从厘\一礦，推廣應(yīng)用新設(shè)備新技術(shù)，淘汰落后設(shè)備，從2012年初至2013年底兩年內(nèi)安裝使用由湘潭恒心實(shí)業(yè)公司開發(fā)的RJY-55型和RJY-37型兩部斜巷架空乘人裝置，隨著兩部裝置的運(yùn)行，永錦一礦徹底淘汰了斜巷人車。

使用架空乘人裝置運(yùn)送人員，乘車人員隨到隨走，不再候車，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)性運(yùn)輸，提高了運(yùn)輸功效。但因系統(tǒng)采用人工操作，不能對(duì)乘人裝置的運(yùn)行情況及時(shí)巡查，更不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理鋼絲繩掉道、跳槽等事故，會(huì)造成事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，威脅乘坐人員安全。同時(shí)又因乘人裝置運(yùn)送距離遠(yuǎn)，不能精準(zhǔn)確定人員的上下數(shù)量和時(shí)間，導(dǎo)致架空人車必須不間斷運(yùn)行。這樣造成設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，既浪費(fèi)能源，又使設(shè)備磨損加劇。為了推廣適合煤礦需要的安全、高效輔助運(yùn)輸設(shè)備，加快煤礦運(yùn)輸現(xiàn)代化的步伐，實(shí)現(xiàn)架空乘人裝置無人乘坐時(shí)能自動(dòng)停車，有人候車時(shí)能自動(dòng)開車，研發(fā)架空乘人裝置無人值守系統(tǒng)成為提高設(shè)備運(yùn)行安全水平和運(yùn)輸效率，降低運(yùn)行成本的迫切需求。

為確保架空乘人裝置實(shí)現(xiàn)無人值守安全運(yùn)行，永錦一礦再次與株洲天成公司合作，共同開發(fā)出一種穩(wěn)定、可靠、保護(hù)齊全、功能強(qiáng)大、技術(shù)先進(jìn)的控制和監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不用操作司機(jī)，維護(hù)工作量少，既能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的連續(xù)運(yùn)行，又能實(shí)現(xiàn)無人值守運(yùn)行和遠(yuǎn)程智能監(jiān)控運(yùn)行等多種運(yùn)行狀態(tài)；具有故障報(bào)警、開車預(yù)警、聲光語音提示等功能，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)處于先進(jìn)地位。

2 系統(tǒng)組成及功能

2.1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由調(diào)度室上位機(jī)、組態(tài)監(jiān)控軟件、以太網(wǎng)交換機(jī)、通訊接口、UPS電源、打印機(jī)、井下光端機(jī)、隔爆兼本安型穩(wěn)壓電源、輔件等組成。該系統(tǒng)核心硬件主要包括可編程控制器(PLC)控制模塊、可編程控制器(PLC)通訊擴(kuò)展模塊、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備以及工控機(jī)服務(wù)器等。通過組建工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通訊功能，在工控機(jī)上組態(tài)軟件的監(jiān)控界面來實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。

2.2 功能

該系統(tǒng)具備如下所述的各項(xiàng)功能：

(1)集控室可遠(yuǎn)程控制架空乘人裝置的啟、停、急停、故障復(fù)位等。(2)對(duì)系統(tǒng)(傳感器等)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；如減速機(jī)油溫、當(dāng)前運(yùn)行速度、運(yùn)行時(shí)間等。數(shù)據(jù)計(jì)算、判斷、處理、傳輸、控制等功能具有實(shí)時(shí)性，能周期循環(huán)運(yùn)行，而不中斷。(3)實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)的當(dāng)前狀況、故障等情況。(4)具有在不中斷正常監(jiān)控功能的條件下由用戶隨時(shí)生成、修改各種參數(shù)及表格的功能。(5)具有系統(tǒng)相關(guān)信息輸出、存儲(chǔ)、歷史查詢、打印(可打印運(yùn)行畫面、圖片、數(shù)據(jù)報(bào)表、曲線)等功能(6)可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息、畫面等遠(yuǎn)程局域網(wǎng)訪問，方便設(shè)備信息共享。(7)系統(tǒng)對(duì)各個(gè)監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視、對(duì)關(guān)鍵畫面進(jìn)行拍照、歷史記錄存儲(chǔ)、調(diào)入查看等。上下人地點(diǎn)及變坡點(diǎn)有視頻監(jiān)控裝置。(8)采用研華原裝工控機(jī)，運(yùn)用組態(tài)軟件技術(shù)平臺(tái)模擬現(xiàn)場(chǎng)工況，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)、各保護(hù)傳感器的狀態(tài)、故障信息、故障實(shí)時(shí)“語言告警”、歷史記錄查詢等；提供通訊服務(wù)器及相關(guān)軟件，并可在以太網(wǎng)上進(jìn)行信息共享(即WEB發(fā)布功能)。

3 電控系統(tǒng)及工作原理

3.1 電控系統(tǒng)

RJY-55型架空乘人裝置電控系統(tǒng)主要是由防爆型PLC控制箱、本安操作臺(tái)、各種系統(tǒng)保護(hù)開關(guān)(越位保護(hù)、速度保護(hù)、掉繩保護(hù)、沿線急停保護(hù)、重錘下線保護(hù)等)、語言報(bào)警信號(hào)、人員操作信號(hào)、音樂播放裝置等部分組成。

3.2 工作原理

RJY-55型架空乘人裝置的核心控制裝置防爆型PLC控制箱、本安操作臺(tái)安裝在架空乘人裝置機(jī)頭位置，可以實(shí)現(xiàn)架空乘人裝置的啟停、急停控制，以及故障復(fù)位和畫面切換功能。各種保護(hù)裝置接入PLC控制箱，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制程序要求實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)保護(hù)功能和設(shè)備運(yùn)行需要。PLC對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制和管理，并執(zhí)行正常的操作程序，接收并生成開車信號(hào)和停車信號(hào)，實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)及閉鎖。通過PLC運(yùn)算和處理遠(yuǎn)紅外監(jiān)測(cè)單元采集入口處的上人車時(shí)自動(dòng)開車，無人乘坐時(shí)自動(dòng)停車。系統(tǒng)運(yùn)行期間，控制站實(shí)時(shí)接收各類保護(hù)開關(guān)、監(jiān)測(cè)裝置的狀態(tài)信號(hào)，經(jīng)PLC運(yùn)算和處理之后，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行控制和輸出保護(hù)信號(hào)。由操作臺(tái)完成控制操作，操作臺(tái)分操作面板和顯示面板，顯示面板可顯示當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，操作面板可完成各種控制操作。

顯示面板采用LED顯示窗實(shí)現(xiàn)“機(jī)頭越位”、“機(jī)尾越位”、“過速保護(hù)”、“掉繩保護(hù)”、“重錘下限”、“急停*區(qū)”等故障顯示，且能實(shí)現(xiàn)“連續(xù)(手動(dòng))方式”、“間斷(自動(dòng))運(yùn)行”、“檢修方式”、“調(diào)試方式”、“急停，禁啟”、“高速閘制動(dòng)”、“運(yùn)行速度”、“運(yùn)行剩余時(shí)間”等相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)。操作面板可完成手動(dòng)和自動(dòng)操作切換，選擇旋鈕處于“連續(xù)”位置為手動(dòng)操作，處于“斷續(xù)”位置為自動(dòng)操作。控制系統(tǒng)主要由一臺(tái)主站控制器和若干分站控制器組成。它們之間采用CAN總線進(jìn)行通信。

RJY-55型架空乘人裝置主站控制器置于機(jī)頭操作臺(tái)，分站控制器4臺(tái)分別安裝在+87乘車點(diǎn)、-23乘車點(diǎn)、-81乘車點(diǎn)和機(jī)尾-150乘車點(diǎn).主站控制器負(fù)責(zé)架空乘人裝置的啟動(dòng)與停車等操作，同時(shí)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)各分站控制器的狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和運(yùn)行控制邏輯，向驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)出相應(yīng)控制信號(hào)，并把當(dāng)前的運(yùn)行信息通過CAN總線發(fā)送給各個(gè)分站控制器。架空乘人裝置被分站控制器劃分成若干運(yùn)行區(qū)段，各分站控制器負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)其歸屬段的啟動(dòng)、拉線、故障和閉鎖信號(hào)，同時(shí)顯示由主站控制器發(fā)送的系統(tǒng)倒計(jì)時(shí)時(shí)間等運(yùn)行狀態(tài)信息。分站控制器不能直接向驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)出控制指令，相應(yīng)控制信號(hào)經(jīng)編碼后通過CAN總線發(fā)送到主站控制器.然后由主站控制器執(zhí)行相應(yīng)的控制命令。

乘人裝置機(jī)頭、機(jī)尾以及中途各乘車點(diǎn)分別裝有紅外線傳感器，然后傳感器分別接入各分站控制器。紅外線傳感器是一種新型高靈敏度探測(cè)元件。它能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，然后傳輸?shù)街骺刂破鳌．?dāng)乘車人員通過乘車點(diǎn)時(shí)，通過傳感器檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)無人乘坐時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停車，有人乘車時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)無人值守。實(shí)現(xiàn)無人值守的啟動(dòng)模式，運(yùn)行將以程序內(nèi)部設(shè)定的時(shí)間限時(shí)運(yùn)行(此時(shí)間根據(jù)裝置從機(jī)頭運(yùn)行到機(jī)尾的時(shí)間設(shè)定.再延時(shí)30秒鐘后自動(dòng)停機(jī))，啟動(dòng)后計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)有上人檢測(cè)信號(hào)時(shí)，時(shí)間將返回到原來的數(shù)值并重新計(jì)時(shí)，即時(shí)間記憶刷新，當(dāng)剩余時(shí)間為0時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)停機(jī)。

4 結(jié)語

通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與架空乘人裝置控制系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了架空乘人裝置監(jiān)控和無人值守一體化，通過組建工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通訊功能，采用研華原裝工控機(jī)，運(yùn)用組態(tài)軟件技術(shù)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與控制，提高了煤礦企業(yè)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)和對(duì)設(shè)備的科學(xué)管理能力，在煤礦安全生產(chǎn)中有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

[1]陳國(guó)華.基于工業(yè)以太網(wǎng)的架空乘人裝置無人值守運(yùn)行研究[D].電子科技大學(xué)碩士論文,成都：電子科技大學(xué),2012.

[2]翟仁羽,鄭紅娟.新型架空乘人裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].煤礦開采,2008,(4)：45-47.

[3]顏興亮.井下架空乘人器驅(qū)動(dòng)裝置技術(shù)改造[[J].礦山機(jī)械,2003(5)： 63-64.

[4]陳岐范,王敬冰,王偉.長(zhǎng)距離多變坡架空乘人裝置的開發(fā)應(yīng)用[J].山東煤炭科技,2002,(8)：31-32.

馮明倫(1969-),男,河南禹州人,工程師。