煤礦架空乘人裝置的無人自動(dòng)化升級(jí)改造與應(yīng)用

李帥帥

（北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100013）

煤礦架空乘人裝置（猴車），主要用于礦山斜井運(yùn)輸工人，可幫助工人縮短路途時(shí)間，減輕體能消耗。銀星二號(hào)煤礦主斜井安裝RJY75-20/1374 型架空乘人裝置1 臺(tái)。架空乘人裝置由于安裝較早，設(shè)備性能相對(duì)落后，各種保護(hù)傳感器老化失效，且廠家已停產(chǎn)，無配件供應(yīng)，目前無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，且每班需要安排1 名司機(jī)操作架空乘人裝置，浪費(fèi)人力。架空乘人裝置不能自動(dòng)運(yùn)行，每班連續(xù)運(yùn)行，既增加架空乘人裝置設(shè)備磨損，又浪費(fèi)電費(fèi)，造成經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)架空乘人裝置實(shí)際運(yùn)行速度1.4 m/s左右，違反了《煤礦安全規(guī)程》第三百八十三條中“運(yùn)行速度超過1.2 m/s 時(shí)，不得采用固定抱索器”的規(guī)定。針對(duì)以上問題，本文通過研究對(duì)現(xiàn)有架空乘人裝置進(jìn)行了升級(jí)改造，增加了一系列設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了裝置的無人自動(dòng)化運(yùn)行，對(duì)類似礦井具有工程借鑒意義[1-6]。

1 升級(jí)改造方案

銀星二號(hào)煤礦主斜井架空乘人裝置的升級(jí)改造主要是在井口機(jī)房增加了一套ABB 變頻調(diào)速裝置，更換了1 臺(tái)S7-300 系列PLC（可編輯邏輯控制器）并在各個(gè)上、下車地點(diǎn)增加上、下人檢測傳感器。裝置升級(jí)改造后，可對(duì)乘人裝置的運(yùn)行進(jìn)行自動(dòng)檢測，并經(jīng)過邏輯編程對(duì)裝置進(jìn)行自動(dòng)控制，如圖1、圖2。

圖1 架空乘人裝置機(jī)頭示意圖

圖2 各車場紅外傳感器布置示意圖

其中，變頻調(diào)速裝置采用ABB 四象限變頻調(diào)速裝置，內(nèi)設(shè)回饋單元，可以實(shí)現(xiàn)架空乘人裝置的平穩(wěn)啟停，能夠解決裝置速度超限的問題，保證安全。上、下人檢測和越位保護(hù)裝置采用GUR8 礦用本安型礦用熱釋傳感器，工作電壓12 V，熱源工作范圍為8 m，輸出為繼電器信號(hào)，動(dòng)作時(shí)輸出常閉信號(hào)。傳感器的探頭通過菲涅爾透鏡可以檢測到人體體溫釋放的紅外信號(hào)，經(jīng)過集成塊處理并輸出繼電器常閉信號(hào)。

2 工作原理

銀星二號(hào)煤礦主斜井乘人線路上的每個(gè)上、下人點(diǎn)均安裝GUR8 礦用本安型礦用熱釋傳感器。如圖3 為裝置自動(dòng)啟停控制程序邏輯圖，當(dāng)任一車場有人乘架空乘人裝置時(shí)，檢測傳感器觸動(dòng)上車信號(hào)，PLC 有上人信號(hào)輸入，PLC 程序內(nèi)部脈沖擴(kuò)展定時(shí)器S 端由0 變?yōu)? 而產(chǎn)生上升延時(shí)，脈沖擴(kuò)展定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，觸發(fā)相對(duì)應(yīng)的內(nèi)部程序脈沖擴(kuò)展定時(shí)器動(dòng)作，Q10.0 輸出保持為1，系統(tǒng)裝置啟動(dòng)。啟動(dòng)后PLC 內(nèi)部程序脈沖擴(kuò)展定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，直至脈沖擴(kuò)展定時(shí)器預(yù)設(shè)時(shí)間變?yōu)? 時(shí)，Q10.0 輸出變?yōu)?，系統(tǒng)停機(jī)。

當(dāng)運(yùn)行過程中再次有上人檢測信號(hào)輸入時(shí)，時(shí)間將返回到原來的預(yù)設(shè)數(shù)值并重新計(jì)時(shí)，即時(shí)間記憶刷新。若各個(gè)車場同時(shí)觸動(dòng)，程序?qū)⒌却A(yù)設(shè)時(shí)間最長的脈沖擴(kuò)展定時(shí)器倒計(jì)時(shí)完畢。當(dāng)所有脈沖擴(kuò)展定時(shí)器倒計(jì)時(shí)剩余時(shí)間均為0 時(shí)Q10.0 變?yōu)?，使架空乘人裝置自動(dòng)停機(jī)。從井口往中間車場或從中間車場往井底運(yùn)行所設(shè)時(shí)間都能夠滿足最遠(yuǎn)行駛距離，完全實(shí)現(xiàn)無人自動(dòng)化運(yùn)行。

圖3 自動(dòng)啟停控制程序邏輯圖

3 其他功能升級(jí)

裝置升級(jí)改造后不僅能解決原有架空乘人裝置存在的一系列弊端，還能夠?qū)崿F(xiàn)以下系統(tǒng)保護(hù)功能。

（1）機(jī)頭斷軸檢測保護(hù)、驅(qū)動(dòng)輪間隙保護(hù)

在驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)頭上安裝機(jī)械式的斷軸保護(hù)裝置，配置斷軸檢測保護(hù)及驅(qū)動(dòng)輪間隙保護(hù)，并設(shè)定控制行程、間隙參數(shù)，主要監(jiān)測傳動(dòng)部件、驅(qū)動(dòng)輪的運(yùn)行狀況。只要驅(qū)動(dòng)輪出現(xiàn)左右搖擺、上下跳動(dòng)的現(xiàn)象，超過設(shè)計(jì)值時(shí)，兩種保護(hù)都會(huì)啟動(dòng)監(jiān)測信號(hào)發(fā)送到PLC 控制箱，乘人裝置停車并發(fā)出故障報(bào)警，提前預(yù)防事故發(fā)生。

（2）減速機(jī)油位、液壓站油位保護(hù)

減速機(jī)、液壓站安裝液位傳感器。當(dāng)減速機(jī)、液壓站因漏油或者其他原因?qū)е聹p速機(jī)、液壓站油位不夠會(huì)觸發(fā)減速機(jī)液壓站液位保護(hù)動(dòng)作，乘人裝置停車并發(fā)出故障報(bào)警，從而避免減速機(jī)、液壓站磨損和事故的發(fā)生。

（3）減速機(jī)、電動(dòng)機(jī)、液壓站溫度保護(hù)

減速機(jī)、電動(dòng)機(jī)、液壓站安裝溫度保護(hù)，由溫度傳感器、轉(zhuǎn)換接頭及支架組成。當(dāng)主減速機(jī)、液壓站油溫超過設(shè)定溫度時(shí)，此傳感器動(dòng)作，乘人裝置立即停機(jī)并發(fā)出故障報(bào)警，從而避免減速機(jī)磨損和事故的發(fā)生。

（4）過載保護(hù)

控制系統(tǒng)設(shè)置電子保護(hù)器，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流超過設(shè)定值時(shí)，電子保護(hù)器動(dòng)作，使架空乘人裝置制動(dòng)停機(jī)。

（5）欠速保護(hù)

欠速保護(hù)由轉(zhuǎn)速傳感器和支架組成。當(dāng)架空乘人裝置運(yùn)行中轉(zhuǎn)速傳感器檢測到的運(yùn)行速度低于設(shè)定速度的20%時(shí)，控制系統(tǒng)接收到信號(hào)，乘人裝置停止運(yùn)行，并發(fā)出故障報(bào)警抱閘停機(jī)，從而避免對(duì)乘坐人員造成傷害和打滑時(shí)對(duì)設(shè)備造成的損壞。

（6）打滑保護(hù)

安裝打滑傳感器，用來測試驅(qū)動(dòng)輪的速度。當(dāng)該速度與架空乘人裝置速度傳感器的速度進(jìn)行比較差值超過0.2 m/s 時(shí)，表明驅(qū)動(dòng)輪與牽引鋼絲繩之間打滑，乘人裝置立即停機(jī)并發(fā)出故障報(bào)警，從而避免事故的發(fā)生。

（7）語音提示功能

在距下車點(diǎn) 15 m 到 20 m 處安裝一臺(tái)語音聲光報(bào)警器。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，該報(bào)警器具有開車預(yù)警功能，發(fā)出“系統(tǒng)啟動(dòng)，注意安全”，同時(shí)顯示屏顯示相應(yīng)漢字。當(dāng)乘人到達(dá)下車站點(diǎn)前 5～10 m 時(shí)，該報(bào)警器會(huì)發(fā)出“前方到站、請(qǐng)您下車”的警示語。

（8）全線語音信號(hào)提示裝置

當(dāng)有安全保護(hù)動(dòng)作時(shí)，信號(hào)裝置音箱（或報(bào)警器）會(huì)發(fā)出相應(yīng)的語言報(bào)警。如“掉繩保護(hù)“動(dòng)作，此時(shí)音箱就會(huì)有“掉繩保護(hù)”的語音連續(xù)循環(huán)播報(bào)，至報(bào)警復(fù)位后停止播報(bào)。

（9）越位保護(hù)

在機(jī)頭、機(jī)尾安裝越位傳感器，當(dāng)乘人在座椅上犯困睡著導(dǎo)致越位時(shí)，傳感器將信號(hào)傳給PLC，控制系統(tǒng)接收到信號(hào)，乘人裝置停止運(yùn)行，并發(fā)出故障報(bào)警抱閘停機(jī)。

（10）防脫繩和變坡點(diǎn)防掉繩保護(hù)

在各變坡點(diǎn)加設(shè)防掉繩傳感器，在中間段每隔200 m 安裝防脫繩傳感器。當(dāng)發(fā)生掉繩現(xiàn)象時(shí)，鋼絲繩觸動(dòng)傳感器，PLC 控制系統(tǒng)接收到信號(hào)，乘人裝置停止運(yùn)行，并發(fā)出故障報(bào)警抱閘停機(jī)。

4 應(yīng)用效果分析

（1）減員增效

對(duì)銀星二號(hào)煤礦架空乘人裝置的改造，通過更換相關(guān)電氣控制系統(tǒng)和各類傳感器，利用現(xiàn)代化的檢測手段和智能化的控制技術(shù)，不需要操作人員全程監(jiān)護(hù)，起到減員增效的效果。正常按三班制計(jì)算，每班1人值班，每人每月按5000 元工資計(jì)算，一年可節(jié)約工資成本18 萬元。

（2）節(jié)能降耗

此系統(tǒng)具有無人值守功能，按每班停車 2 h 計(jì)算，每天至少少運(yùn)行 6 h，架空乘人裝置電機(jī)功率為75 kW，每年可節(jié)省電能162 000 kW·h，折合人民幣85 800 元。另外，由于架空乘人裝置有了間隙休息，延長了設(shè)備的使用壽命。

（3）安全穩(wěn)定

使用變頻調(diào)速裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)裝置的人為干預(yù)，通過調(diào)整變頻器的頻率從根本上降低了架空乘人裝置的速度。經(jīng)過調(diào)整頻率目前運(yùn)行速度1.15 m/s，確保設(shè)備的穩(wěn)定性，保證了人員的安全。

5 結(jié)語

通過增加變頻調(diào)速裝置、PLC 和檢測傳感器等設(shè)備改造后，實(shí)現(xiàn)了裝置的無人自動(dòng)化運(yùn)行和相關(guān)系統(tǒng)保護(hù)功能，除滿足安全運(yùn)行要求外，還在經(jīng)濟(jì)上達(dá)到了減員增效、節(jié)能降耗的效果。