煤礦固定抱索器架空乘人裝置電氣控制與保護功能淺析

張子明 孔憲越

摘 要：煤礦固定抱索器架空乘人裝置是煤礦井下斜巷及遠距離輸送工作人員較理想的運輸工具，具有載人量大、速度快、安全可靠等優(yōu)點，大大減少了礦工的勞動強度，提高了工作效率。應用可編程序控制器PLC及其擴展功能，進一步完善架空乘人裝置電氣控制與保護功能，同時也使架空乘人裝置運行安全性和可靠性得到有效提高，能夠有力促進煤礦的安全生產(chǎn)。

關鍵詞：架空乘人裝置；電氣控制與保護；安全性與可靠性

煤礦固定抱索器架空乘人裝置控制系統(tǒng)運用可編程序控制器PLC及其擴展功能，對各種傳感器和保護開關采集的信號運行運算處理，實時監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)和運行參數(shù)，對架空乘人裝置進行科學控制和有效保護。采用更加人性化的人機界面，操作人員能夠直觀地了解設備運行狀態(tài)。對架空乘人裝置電氣控制與保護功能進行合理配置，確保設備安全運行。

1 架空乘人裝置電氣控制與保護功能

1.1 架空乘人裝置電氣部分組成

架空乘人裝置電氣部分包括礦用隔爆兼本安型電氣控制箱、礦用本安型電氣操作臺、礦用本安型溫度變送器、礦用本安型壓力變送器、礦用本安型跑偏開關、礦用隔爆型行程開關、礦用隔爆兼本安型聲光報警器、廣播系統(tǒng)、礦用隔爆兼本安型控制開關（變頻器、軟起動器）和礦用控制電纜等。

1.2 控制功能

（1）架空乘人裝置起動時按動操作臺的起動按鈕，電控系統(tǒng)中可編程序控制器PLC發(fā)出起動預警指令，提示沿線人員注意安全。預警輸出為繼電器常開無源接點，可外接預警電鈴或廣播系統(tǒng)，預警時間6-10秒。

（2）廣播系統(tǒng)包括播放器和沿線設置的多功能音箱，具有起動預警、打點、語音通話、播放背景音樂和廣播功能。機頭控制峒室、操作臺和機尾單獨設置，沿線間距50米。

（3）起動預警結束后，制動液壓站1#液壓系統(tǒng)油泵電動機起動，1#液壓系統(tǒng)電磁閥同步動作，盤式制動器打開，壓力變送器采集壓力信號。如果油泵電動機起動10秒后檢測不到壓力信號或壓力信號不正常，起動過程終止，操作臺顯示故障種類并聲光報警。系統(tǒng)正常時，盤式制動器打開后延時2秒液壓推桿制動器打開，再延時2秒主電機起動。

（4）制動液壓站1#液壓系統(tǒng)和2#液壓系統(tǒng)共用1只壓力變送器，安裝在液壓站雙液壓系統(tǒng)的共用出口，用于采集液壓系統(tǒng)壓力信號。

（5）配置蓄能器的制動液壓站能夠利用壓力變送器采集的壓力信號對油泵電機進行經(jīng)濟運行控制，使系統(tǒng)壓力保持在6MPa-8MPa之間。經(jīng)濟運行狀態(tài)油泵運行時間很短，蓄能器保持壓力時間很長，節(jié)能效果顯著，從而實現(xiàn)經(jīng)濟運行。

（6）制動液壓站控制為雙液壓系統(tǒng)配置，一套正常運行，另一套備用，1#系統(tǒng)和2#系統(tǒng)的切換由操作臺上的轉換開關和制動液壓站起隔離作用的高壓球閥實現(xiàn)。

（7）在機頭和機尾站點前15-20米分別設置聲光報警裝置，當乘員接近站點前發(fā)出“前方到站請下車”的語音提示，提醒乘員到站安全下車。

（8）正常停車時按動操作臺的停止按鈕，主電機首先斷電，延時2秒推桿制動器斷電制動，再延時2秒電磁閥斷電復位，盤式制動器制動。緊急停車時主電機斷電，液壓推桿制動器和盤式制動器同時動作，使架空乘人裝置迅速停止運行。

（9）運送火工品時由架空乘人裝置操作人員打開操作臺上的火工品運輸報警開關，沿線廣播系統(tǒng)的多功能音箱發(fā)出“火工運輸、禁止行人”的報警聲，同時各偏口紅色信號燈點亮，確保火工品運輸安全。

（10）觸摸屏實時顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)，正常時顯示運行參數(shù)畫面，當故障停車時顯示故障種類及位置等信息。

1.3 保護功能

（1）速度（超速、欠速）保護。轉速傳感器安裝機頭傳動部前方托繩輪里側的安裝支架上，用于檢測鋼絲繩運行速度，當鋼絲繩超速或打滑時使控制系統(tǒng)斷電停車，同時在操作臺顯示故障種類。鋼絲繩運行速度不應高于或低于正常速度的15%。

（2）機頭、機尾越位保護。在機頭傳動輪和機尾倒向輪前入繩側安裝行程開關或跑偏開關，當乘員越過安全線時觸動行程開關或跑偏開關發(fā)出越位信號，使控制系統(tǒng)斷電停車，保護動作時在操作臺顯示故障類別。

（3）脫繩保護。脫繩保護傳感器采用行程開關或跑偏開關，兩只為一組，對稱安裝。機頭機尾和沿線的變坡點設置脫繩保護開關。架空乘人裝置運行過程中，當鋼絲繩脫離繩輪輪槽時觸動行程開關或跑偏開關，發(fā)出脫繩信號使控制系統(tǒng)停車，同時在操作臺顯示故障類別和動作開關位置編號。

（4）急停保護。沿線拉線急停保護采用急停拉線開關，沿線間隔距離≤50米。架空乘人裝置運行過程中，當乘員發(fā)現(xiàn)緊急情況時可拉動急停拉線，急停開關動作發(fā)出停車信號使控制系統(tǒng)停車，同時在操作臺顯示故障種類和動作開關位置編號。

（5）驅動輪和倒向輪防異物導入保護。在驅動輪和倒向輪入繩側設置行程開關或跑偏開關，當有異物導入機頭傳動輪或機尾倒向輪前發(fā)出停車信號使控制系統(tǒng)停車，同時在操作臺顯示故障種類。

（6）張緊裝置前位移保護。張緊裝置前位移保護傳感器采用行程開關或跑偏開關，當機械系統(tǒng)發(fā)生故障使張緊裝置向前位移超限時發(fā)出停車信號使控制系統(tǒng)停車，同時在操作臺顯示故障種類。

（7）重錘下限位保護（斷繩保護）。重錘下限位保護（斷繩保護）傳感器采用行程開關或跑偏開關，當重錘下降到極限位置，張緊裝置失去作用時發(fā)出斷電信號使控制系統(tǒng)停車，同時在操作臺顯示故障類別。

（8）制動液壓站油溫保護。由礦用本安型溫度變送器采集液壓站油溫模擬量信號，經(jīng)PLC運算處理，當溫度達到設定值時發(fā)出停車信號使控制系統(tǒng)停車，同時在操作臺顯示故障種類別。制動液壓站液壓油溫升不得超過34℃，最高油溫不應超過70℃。

（9）減速器油溫保護。由礦用本安型溫度變送器采集液壓站油溫模擬量信號，經(jīng)PLC運算處理，當溫度達到設定值時發(fā)出停車信號使控制系統(tǒng)停車，同時在操作臺顯示故障種類別。減速器齒輪油溫升不應超過35℃，減速器殼體表面溫度不應超過75℃。

（10）制動液壓站油壓保護。由礦用本安型壓力變送器采集液壓站油壓模擬量信號，經(jīng)PLC運算處理，當油壓超過或低于設定值時發(fā)出停車信號使控制系統(tǒng)停車，同時在操作臺顯示故障種類別。正常運行時液壓站壓力為6MPa-8MPa。

（11）架空乘人裝置安裝在運輸巷道時與沿線運輸絞車電氣互鎖。架空乘人裝置運行時運輸絞車不能起動，絞車運行時架空乘人裝置不能起動。

（12）架空乘人裝置安裝在運輸巷道時與下水平鐵道阻車器互鎖，架空乘人裝置運行時礦車鐵道阻車器在擋車狀態(tài)，礦車不能進入機尾回轉區(qū)域；架空乘人裝置機尾回轉區(qū)域有礦車時阻車器在通車狀態(tài)，架空乘人裝置不能起動。

（13）具有保護閉鎖功能。所有引起停車的保護動作后，控制系統(tǒng)自動閉鎖，起動前必須首先將故障解除再按下操作臺的故障復位按鈕，控制系統(tǒng)復位后方可重新起動架空乘人裝置。

（14）控制系統(tǒng)閉環(huán)控制功能。具有各種控制開關（變頻器或軟起動器）運行及故障反饋功能，實現(xiàn)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制。

（15）具有過載、過流、漏電等保護功能。由電動機的控制開關（變頻器或軟起動器）實現(xiàn)過載、過流、漏電等保護功能。

（16）雙制動器保護。配置雙制動器即液壓推桿制動器和盤式制動器，分別作用于減速機的高速軸和驅動輪，設備正常起動和停止時雙制動器均由電控系統(tǒng)進行程序控制，緊急停車時同時斷電制動，使設備迅速停止運轉。

（17）系統(tǒng)防靜電保護。在機頭前第一架橫梁上安裝鋼絲繩接地裝置，并將該裝置與接地極做可靠電氣連接。設備運行過程中，鋼絲繩和聚氨脂承磨墊摩擦產(chǎn)生的靜電被直接導入大地，避免形成危害。

2 結語

隨著我國煤炭工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化程度的不斷提高，煤礦運輸設備技術性能也在不斷向更高層次發(fā)展。通過可編程序控制器PLC及其擴展功能的運用，煤礦固定抱索器架空乘人裝置電氣控制與保護功能得到進一步完善，從而保證了設備運行的安全性和可靠性，使煤礦井下人員運輸更加安全快捷，有利于煤礦的安全生產(chǎn)。

參考文獻：

[1]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術.北京：北京航天航空大學出版社，2013.

[2]王棟.煤礦設備電氣控制與PLC應用技術.北京：機械工業(yè)出版社，2014.

[3]李俊成，郭剛.煤礦井下智能設備電氣控制實用技術.北京：煤炭工業(yè)出版社，2014.

作者簡介：張子明（1967-），男，畢業(yè)于東北大學機械工程及自動化專業(yè)，鐵法煤業(yè)集團機械制造有限責任公司技術科主任工程師。