西曲礦斜巷打運系統卡軌車與安全裝置聯鎖的研究

付勇強

（西山煤電集團西曲礦， 山西 古交 030200）

引言

西曲礦中央區北一11-2 下山采區是該礦的主要采煤區，北一11-2 軌道下山的卡軌車提升系統的提升任務有舉足輕重的作用。斜巷運輸安全管理是井下軌道運輸的重點環節，現代自動化控制是實現安全提升的重要保證。在北一11-2 軌道下山卡軌車提升系統的原有基礎上，對運輸系統的卡軌車和斜巷的安全裝置進行互鎖聯動設計，在現有電控系統上增加硬件元器件，實現安全裝置之間的聯鎖控制以及與絞車的電氣聯動，并限制卡軌車運行范圍，從而實現了卡軌車與安全裝置之間聯鎖的自動化控制。

1 北一11-2 軌道下山卡軌車提升系統簡介

原有的北一11-2 軌道下山卡軌車提升系統采用以SIEMENS S7-300 為控制器的電控系統來控制絞車的啟動、工作制動等動作，搭配以SIEMENS S7-200 為控制器的電控系統控制斜巷上口平巷段阻車器、斜巷段跑車防護裝置，兩套系統互相獨立，互不影響。其中，絞車司機在上口車房控制絞車，上口變坡點處打點硐室的信號工在打點的同時操控阻車器、跑車防護裝置以及氣動擋車欄的開閉。圖1為功能擴展前變坡點處信號工控制安全裝置的示意圖。

斜巷運行列車通過安全裝置的提升作業的流程是（以下行為例）：卡軌車到達電動阻車器→手動打開電動阻車器、氣動擋車欄→一卡軌車繼續下行過氣動擋車欄→關閉電動阻車器、氣動擋車欄→打開電動跑車防護欄→卡軌車繼續下行過電動跑車防護欄→關閉電動跑車防護欄→卡軌車繼續下行[1-2]。

圖1 變坡點處安全裝置示意圖（功能擴展前）

2 北一11-2 軌道下山卡軌車提升系統存在的問題

斜巷提升系統的車運行部分與安全裝置開閉部分是分別獨立的兩個子系統，分別由兩名職工來控制，一二者互相獨立，互不影響。這樣帶來如下幾個問題：

1）增加上口變坡點處信號工勞動強度。信號工除了要按照規定進行打點作業，還要時刻關注卡軌車運行位置狀態，以便控制電動阻車器、氣動擋車欄和電動跑車防護欄等安全裝置。

2）現場條件使其操作不便。該斜巷上口變坡點處打點硐室門口有多路大口徑的制冷管路通過，信號工的視線完全被擋住。為觀察卡軌車運行位置狀態，信號工必須起身趴在制冷管路上伸頭觀望，而操作裝置在水管內側下方，邊觀察邊操作極為不便。

3）人為造成斜巷提升安全隱患。操作人員在休息不足、精神狀態不佳等情況下，容易誤操作，安全裝置打開或關閉不及時，造成卡軌車碰撞安全裝置，給該斜巷的安全生產帶來隱患。

4）該斜巷控制系統并未對卡軌車的行程范圍作出限制，萬一發生意外，卡軌車以非控制速度下行或上行超出正常行程范圍，將釀成不可估量的嚴重事故，嚴重影響斜巷運輸安全。

3 卡軌車與安全裝置聯鎖系統的設計

3.1 設計目標

根據上面所提出的問題，結合斜巷安全裝置的相關要求，梳理出本次功能擴展的設計目標：

1）上平處電動阻車器與變坡點下方的電動跑車防護欄聯鎖，兩者不能同時打開。

2）電動阻車器和電動跑車防護欄經常關閉，只有車輛通過時方可打開。

3）電動阻車器和電動跑車防護欄實現自動化，與卡軌車聯動，即卡軌車運行到安全裝置前自動打開，過安全裝置后自動關閉。

4）機頭前及尾輪處安裝限位裝置，限制卡軌車運行范圍。

3.2 設計思路

在現有的硬件基礎之上，盡可能地不增加或少增加電氣設備、元器件，通過修改軟件來解決存在的問題，這是這次功能擴展設計的總思路、總原則。結合該條斜巷現有的硬件環境，欲實現上述三個目標，只需要對卡軌車提升系統的控制器SEMENS S7-300的CPU 模塊型號由CPU315 換成CPU315-2DP，以便通過PROFIBUS-DP 來實現卡軌車提升系統與安全裝置系統之間的現場通訊；另外充分利用以前改造升級未拆除的兩處限位開關傳感器作為卡軌車位置校正點，同時在卡軌車適當位置安裝水磁鐵，用于采集卡軌車的位置信號，以提供控制系統對卡軌車位置進行對比校正。最后在卡軌車機頭前和尾輪處分別安裝限位開關傳感器，以控制卡軌車的行程范圍。本設計共置換PLC CPU 模塊1 個，新增限位開關傳感器2 個、水磁鐵1 個以及信號線纜若干。

3.3 卡軌車與安全裝置聯鎖系統的聯鎖控制原理

圖2 為變坡點處安全裝置示意圖（功能擴展后）所示，以卡軌車機頭為參照原點，向下1 500 m范圍內是卡軌車爬行段，向下188 m 處是一個變速點，向下98 m 和198 m 處分別是卡軌車位置校正點I 和II。

圖2 變坡點處安全裝置示意圖（功能擴展后）

當卡軌車下行時，爬行段保持小于0.4 m/s 的低速運行，過了爬行段卡軌車速度由司機控制，當卡軌車經過原點向下98 m 處的位置校正點I 時，控制系統自動限制車速在0.8 m/s 以內。同時它會收到傳感器發送的位置信號，系統自動將該信號與絞車上的縮碼器信號進行對比校正，如果位置信息正確，阻車器自動打開，卡軌車通行；如若位置信息不正確，阻車器維持關閉，卡軌車自動停車等待處理。當卡軌車完全通過阻車器到達指定行程時，阻車器自動關閉。阻車器關閉不到位，卡軌車自動停車等待處理；阻車器關閉到位后跑車防護裝置方可自動打開，卡軌車繼續行駛當卡軌車達到188 m 處的變速點時，系統解除車速限制，司機將控制車速。當卡軌車完全通過跑車防護裝置達到198 m 處的位置校正點II 時，跑車防護裝置自動關閉，如果跑車防護裝置不能關閉到位，卡軌車自動停車等待處理。

當卡軌車上行，卡軌車經過位置校正點II 時，控制系統會收到傳感器發送的位置信號，系統自信號與絞車上的編碼器信號進行對比校正，如果行程正確，跑車防護裝置自動打開，卡繼續行駛，期間當卡軌車通過變速點時，系統自動限制車速到0.8 m/s以內；如果行程不正確，跑車防護裝置維持關閉狀態，卡軌車自動停車等待處理。當卡軌車完全通過跑車防護裝置到達指定行程時，跑車防護裝置自動關閉。跑車防護裝置關閉到位，阻車器方可自動打開，卡軌車繼續行駛；跑車防護裝置關閉未到位，跑車防護裝置維持關閉，卡軌車自動停車等待處理，當卡軌車完全通過阻車器到達位置校正點I 時，阻車器自動關閉；如果阻車器關閉未到位，卡軌車自動停車等待。圖3 是卡軌車下行時，控制系統關于安全裝置之間聯鎖以及與絞車聯動的程序流程圖。卡軌車上行時與之流程相反，不再贊述。

一般而言，卡軌車正常運行范圍要小于本次功能擴展在機頭前及尾輪處安裝限位傳感器之間的范圍，當發生意外情況時，卡軌車以非控制速度通過限位傳感器，控制系統便接收到限位信號而自動停車，以保證卡軌車在正常的范圍內運行[3-5]。

圖3 控制系統關于安全裝置之間聯鎖以及與絞車聯動的程序流程圖

4 結論

該設計實現了斜巷運輸卡軌車和斜巷安全裝置之間的聯鎖，限制了卡軌車的行程范圍，提高了斜巷運輸系統的自動化程度，減輕了工人的勞動強度，排除了斜巷運輸的安全隱患，一定程度上提升了斜巷運輸系統的安全系數，經過功能擴展后在西曲礦進行了多日的實際應用，效果非常顯著，滿足了該煤礦的相關要求，該設計具有較好的實際應用推廣價值。