“防呆法”在礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

張澤園

摘要：認(rèn)識(shí)“防呆法”的意義，及應(yīng)用“防呆法”的原理于礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)，針對(duì)現(xiàn)實(shí)中遇到的問(wèn)題，加以必要的改善，以避免工作錯(cuò)誤的發(fā)生，進(jìn)而達(dá)到“第一次就把工作做對(duì)”之境界。生產(chǎn)過(guò)程隱藏著大量的出錯(cuò)機(jī)會(huì)。人們常常因疏忽大意而出現(xiàn)錯(cuò)誤。本文將通過(guò)一些案例的分析說(shuō)明隱患的防范和糾正方法，這些都是工作中的重要內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：“防呆法”；礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)；應(yīng)用

工業(yè)工程（Industrial Engineering，IE）是一門(mén)應(yīng)用科學(xué)，它兼有管理及工程技術(shù)的知識(shí)領(lǐng)域，它將傳統(tǒng)的工程技術(shù)融合于現(xiàn)代的科學(xué)管理技巧之中，隨著IE的導(dǎo)入，可彌補(bǔ)原有管理及工程技術(shù)之脫節(jié)。“防呆法”作為IE的一種重要手法，在實(shí)際工作中得到廣泛應(yīng)用。礦井提升機(jī)是聯(lián)系地面和井下的“咽喉”，是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)中重要的機(jī)電設(shè)備之一，其運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性不僅影響整個(gè)礦山的生產(chǎn)，而且還涉及人員的生命安全。“防呆法”在礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中應(yīng)用，以確保提升設(shè)備高效、安全、可靠地運(yùn)行。其根本目的是操作人員想犯錯(cuò)都犯不了，確保提升機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

一、防呆法介紹（Fool-Proof）

（一）、“防呆法”含義：

“防呆法”，其義即是防止呆笨的人做錯(cuò)事。亦即，連愚笨的人也不會(huì)做錯(cuò)事的設(shè)計(jì)方法。狹義：如何設(shè)計(jì)一個(gè)東西，使錯(cuò)誤絕不會(huì)發(fā)生。廣義：如何設(shè)計(jì)一個(gè)東西，而使錯(cuò)誤發(fā)生的機(jī)會(huì)減至最低的程度。因此，更具體的說(shuō)“防呆法”是：1、具有即使有人為疏忽也不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤的構(gòu)造──不需要注意力。2、具有外行人來(lái)做也不會(huì)錯(cuò)的構(gòu)造──不需要經(jīng)驗(yàn)與直覺(jué)。3、具有不管是誰(shuí)或在何時(shí)工作都不會(huì)出差錯(cuò)的構(gòu)造──不需要專(zhuān)門(mén)知識(shí)與高度的技能。

（二）、功用：

積極：使任何的錯(cuò)誤，絕不會(huì)發(fā)生。消極：使錯(cuò)誤發(fā)生的機(jī)會(huì)減至最低程度。

（三）、基本原則：

在進(jìn)行“防呆法”時(shí)，有以下4原則可供參考：1、使作業(yè)的動(dòng)作輕松。2、使作業(yè)不要技能與直覺(jué)。3、使作業(yè)不會(huì)有危險(xiǎn)。4、使作業(yè)不依賴(lài)感官。

（四）、應(yīng)用原理：

1、斷根原理：將會(huì)造成錯(cuò)誤的原因從根本上排除掉，使絕不發(fā)生錯(cuò)誤。2、保險(xiǎn)原理：藉用二個(gè)以上的動(dòng)作必需共同或依序執(zhí)行才能完成工作。3、自動(dòng)原理：以各種光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、化學(xué)等原理來(lái)限制某些動(dòng)作的執(zhí)行或不執(zhí)行，以避免錯(cuò)誤之發(fā)生。4、相符原理：藉用檢核是否相符合的動(dòng)作，來(lái)防止錯(cuò)誤的發(fā)生。5、順序原理：避免工作之順序或流程前后倒置，可依編號(hào)順序排列，可以減少或避免錯(cuò)誤的發(fā)生。6、隔離原理：藉分隔不同區(qū)域的方式，來(lái)達(dá)到保獲某些地區(qū)，使其不能造成危險(xiǎn)或錯(cuò)誤的現(xiàn)象發(fā)生。7、警告原理：如有不正常的現(xiàn)象發(fā)生，能以聲光或其它方式顯示出各種“警告”的訊號(hào)，以避免錯(cuò)誤的發(fā)生。

二、渦北礦主井直流提升機(jī)電控系統(tǒng)介紹

提升機(jī)型號(hào)：JKMD3.5×4（III） 落地式多繩摩擦提升機(jī)，提升高度663m，最大提升速度9.163m/s，天輪直徑3.5 m，主電機(jī)ZKTD-250/50，功率1400kW。主回路采用原裝西門(mén)子公司生產(chǎn)的6RA70成套全數(shù)字直流調(diào)速裝置，并聯(lián)12脈動(dòng)，邏輯無(wú)環(huán)流方式。礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)采用河南焦作華飛電子電器工業(yè)有限公司設(shè)計(jì)的ZTDK-ZN-01SP電控系統(tǒng)。電控系統(tǒng)的核心設(shè)備采用日本三菱可編程控制器。

三、渦北礦主井提升機(jī)電控系統(tǒng)“防呆法”的應(yīng)用。

渦北礦主井提升機(jī)電控系統(tǒng)自2006年底投入運(yùn)行，針對(duì)在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行出現(xiàn)的一些問(wèn)題，我們技術(shù)人員精心思考，采用防呆法應(yīng)用原理，經(jīng)過(guò)調(diào)試試驗(yàn)，對(duì)原系統(tǒng)作出了一些改善，取得了良好的效果。

（一）、井筒內(nèi)磁控開(kāi)關(guān)更換為無(wú)源型。

礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)在井筒井架上安裝減速、到位、過(guò)卷等磁控開(kāi)關(guān)，焦作華飛電子電器公司生產(chǎn)的交直流電控系統(tǒng)在井筒井架上安裝的磁控開(kāi)關(guān)均為有源型。由于有源型磁控開(kāi)關(guān)需要外部提供（24VDC）電源才可工作，井筒中一旦淋水量較大時(shí)，電源可能發(fā)生短路，造成可編程控制器（PLC）停止運(yùn)行造成緊急停車(chē)，影響正常提升。且我礦現(xiàn)用的焦作華飛公司生產(chǎn)的有源型磁控開(kāi)關(guān)防爆外殼體積大，在主井井筒內(nèi)減速點(diǎn)處易被掉落的小塊矸石砸壞。生產(chǎn)兩年來(lái)已發(fā)生3次短路故障，矸石砸壞磁控開(kāi)關(guān)5個(gè)。

改造后，使用無(wú)電源型磁控開(kāi)關(guān)后，有效的防止了淋水、矸石砸壞等短路故障。并且磁控開(kāi)關(guān)動(dòng)作更加靈敏可靠，故障率明顯減少，并且節(jié)省了材料成本。

此處改善是“防呆法”斷根原理的一種典型應(yīng)用，從根本上杜絕了在井筒內(nèi)淋水墜物惡劣環(huán)境下因減速開(kāi)關(guān)損壞造成可編程控制器DC24V電源短路的安全隱患。

（二）加設(shè)負(fù)荷測(cè)量。

主井提升機(jī)承擔(dān)著提升原煤的生產(chǎn)任務(wù)，由于原煤含水量較大，正式生產(chǎn)以來(lái)，出現(xiàn)箕斗提升至上井口后卸載不掉或卸載不完全的情況，箕斗再次裝載，造成裝重罐，超載，若超載量過(guò)大，造成無(wú)法提升，提升機(jī)司機(jī)僅能通過(guò)觀察主控臺(tái)上電樞電流表的偏擺幅度來(lái)判斷負(fù)載的大小與變化，若提升機(jī)司機(jī)發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，導(dǎo)致重罐下放。即使及時(shí)發(fā)現(xiàn)，也需要調(diào)集人員從箕斗中往外攉煤，由于箕斗內(nèi)空間狹小，只能一人作業(yè)，正常情況下需要1.5小時(shí)以上才能正常提升，影響生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。此種情況不能達(dá)到有效的“防呆”，存在安全隱患。

根據(jù)提升機(jī)電流與負(fù)載成線(xiàn)性關(guān)系的特征，觀察提升機(jī)在不同運(yùn)行階段（初加速、加速、等速、減速、爬行）顯示的電流值，當(dāng)電流異常時(shí)，相應(yīng)的反映負(fù)載的變化。采用DSCL電流變換模塊，取樣于電樞回路0～±75mV的電壓，處理為0～±10V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊FX2N-4AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，作為電樞電流信號(hào)量，供PLC機(jī)使用。再通過(guò)修改電控系統(tǒng)的可編程控制器（PLC）內(nèi)部的程序，加設(shè)聲光報(bào)警和驅(qū)動(dòng)中間繼電器，達(dá)到報(bào)警和安全閉鎖的目的。在煤未卸盡時(shí)，兩箕斗平衡重量后，電流減小到一定值，“欠負(fù)荷”保護(hù)報(bào)警。裝載量在13噸以上時(shí)，加速段電流增大一定比例以上時(shí)，“超載”保護(hù)報(bào)警。

此處改善是“防呆法”自動(dòng)原理、層別原理、警告原理、緩和原理的一種綜合應(yīng)用，以解決主井箕斗中原煤卸載不完全可能引起裝重罐造成過(guò)放事故而影響生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行的安全隱患。

（三）其它改善

1、增加極限開(kāi)關(guān)：為防止發(fā)生過(guò)卷事故，在井架過(guò)卷開(kāi)關(guān)上方1米處加機(jī)械式開(kāi)關(guān)，定義為極限過(guò)卷開(kāi)關(guān)，串入制動(dòng)泵控制回路。相當(dāng)于又增加了一種安全保護(hù)，以避免過(guò)卷事故的發(fā)生，確保提升機(jī)的安全運(yùn)行。渦北礦主井提升機(jī)過(guò)卷保護(hù)現(xiàn)有主控機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)過(guò)卷保護(hù)、監(jiān)控機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)過(guò)卷保護(hù)、后備綜保過(guò)卷保護(hù)、外部磁控開(kāi)關(guān)過(guò)卷保護(hù)、外部機(jī)械式極限過(guò)卷保護(hù)。此處改善應(yīng)用了“防呆法”自動(dòng)原理和隔離原理。

2、增加2米速度保護(hù)：井筒內(nèi)增加主控機(jī)、監(jiān)控機(jī)2m/s保護(hù)，即到該位置后速度必須降至2m/s以下，從根本上防止減速功能失效，確保提升機(jī)安全。

3、增加不同電壓控制電源隔離繼電器：主控臺(tái)主要有220V、24V兩種電壓等級(jí)的控制電路。曾經(jīng)出現(xiàn)220V串入24V電路系統(tǒng)，導(dǎo)致燒壞24V繼電器板。為了減少這種情況，在220V與24V之間增加一個(gè)中間繼電器進(jìn)行隔離，有效的防止了這種情況的發(fā)生。

4、增加“切除程序保護(hù)”聲音報(bào)警：司機(jī)操作臺(tái)上“切除程序保護(hù)”按鈕是一把雙刃劍，在故障態(tài)下為了應(yīng)急提升，短暫的將故障點(diǎn)切除應(yīng)急提升，能確保人員的安全。增加蜂鳴器提示，按下該按鈕后會(huì)提醒操作人員此時(shí)處于不安全狀態(tài)運(yùn)行。若按鈕損壞，蜂鳴器用以提醒現(xiàn)場(chǎng)人員存在故障，及時(shí)予以排除。此處改善應(yīng)用了“防呆法”警告原理。

以上改造方案適用于立井直流摩擦式提升機(jī)，對(duì)交流提升機(jī)亦有借鑒價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局，煤礦安全規(guī)程，煤炭工業(yè)出版社，2016年。

[2]王家興，防呆法的活用/世界優(yōu)質(zhì)管理書(shū)系，廣東經(jīng)濟(jì)出版社，2008