基于工業以太網的天祝煤礦斜巷多水平提升監控系統

劉建榮，伊玉祥，徐杜民，杜 磊，于生存，劉君賢

（1.窯街煤電集團 天祝煤業公司，甘肅 天祝733211；2.陜西航泰電氣股份有限公司，陜西 西安710100）

天祝煤礦斜井運輸物料系統均采用絞車軌道提升方式，在運輸過程中存在提升水平多、運輸路線長、安全防護設備監控和行人管控難等安全管控難點[1-3]。結合現場實際運輸需要，現對斜井提升防護設備和監控設備進行升級改造[4-10]，實現功能如下：①安全防護設備和道岔的本地手動、自動控制和遠程集中監控；②行人闖入斜巷的視頻抓拍和安全警示；③礦車鉤頭定位、絞車與安全防護設備的線路閉鎖；④對一采區軌道運輸下山跑車防護裝置進行升級；⑤在地面調度監測集控中心進行集中數據采集和管理。

1 系統結構及組成

煤礦斜巷多水平提升監控系統結構圖如圖1。

圖1 煤礦斜巷多水平提升監控系統結構圖Fig.1 Structural diagram of multi-level lifting monitoring system in inclined roadway of coal mine

煤礦斜巷多水平提升監控系統采用主控上位計算機加分控可編程控制箱的連接結構，通過以太網實現系統的數據連接，系統主要由上位監控計算機、顯示器，各車場可編程控制箱分站、網絡交換機、各類檢測傳感器、操作箱、高清攝像儀、報警器（箱）和道岔、阻車設備的執行機構等組成。計算機作為核心控制單元實現與各水平車場可編程控制箱分站的數據通訊，對系統內各設備運行狀態進行集中狀態監控和輸出控制。計算機提供人機交互界面，通過顯示器對現場設備運行狀態進行集中監控，通過鼠標操作實現人機交互、設備狀態查詢和管理控制；可編程控制箱分站作為各水平車場內信號采集和控制單元對所在水平車場內道岔設備、阻車設備、行人闖入抓拍、報警設備等信號進行到位狀態采集和控制操作，可編程控制器采用西門子S7Smart系列PLC；網絡交換機用于主控計算機與各車場可編程控制箱間的以太網數據通訊，用于將車場行人闖入抓拍的攝像儀視頻信號傳至上位計算機；現場檢測道岔、阻車設備的狀態信號由電感式接近傳感器進行采集，行人闖入狀態由光電式接近傳感器進行檢測，礦車鉤頭位置由旋轉編碼器進行檢測，礦車通過車場的位置信號由速度傳感器進行檢測；其道岔、阻車設備的動作由可編程控制箱分站控制執行機構進行控制輸出，道岔的到位指示由可編程控制箱分站輸出控制指令經LED顯示屏進行道岔狀態顯示；操作箱用于道岔、阻車設備的手動按鈕控制操作，用于系統工作方式的選擇；攝像儀用于車場有行人闖入斜巷危險區域的視頻抓拍；報警器（箱）在系統出現故障或有行人闖入斜巷時，經可編程控制箱輸出控制指令進行聲光語音報警。

2 工作原理

斜巷多水平提升監控系統有手動和自動2種工作模式，可通過上車場信號硐室操作箱旋鈕進行工作模式選擇。處于手動模式時，系統各車場內道岔設備、阻車器和擋車器可通過就地操作箱按鈕進行手動按鈕控制操作，也可在計算機監控平臺通過鼠標選擇進行遠端集中手動控制操作；自動運行時，系統根據提升信號的打點指令和礦車鉤頭位置進行邏輯判斷，對運輸路線內道岔、阻車器和擋車器進行自動控制操作，提高運輸自動化操作水平。

系統主控計算機接收編碼器發出的脈沖數進行礦車鉤頭的位置確定，通過接收各可編程控制箱中PLC發送的道岔到位狀態信息，判斷現有運輸路線情況。計算機經數據通訊讀取提升信號指令。根據運輸要求，信號工進行提升的路線選擇和信號打點操作，主控計算機接收到打點信號操作指令后，將信號打點指令、礦車鉤頭位置、提升運輸路線和所獲取的道岔、阻車器、擋車器到位狀態信息進行判斷，并分解為具體的控制操作指令，隨著提升過程對道岔、阻車器和擋車器進行相應的控制操作，確保運輸路線暢通，絞車司機將根據提升信號指令進行礦車的正常提升，以保證運輸高效安全運行。

各水平車場片口處設置2對光電式行人監測傳感器對進入運輸斜巷的行人進行檢測報警、抓拍和絞車信號閉鎖。在提升過程中，當有人員從車場闖入第1道行人監測光電傳感器時，光電式傳感器進行信號輸出，可編程控制箱采集到行人信號后對所連接的報警箱進行輸出語音報警，提醒闖入行人請退出，并將所在水平車場的行人報警信息傳輸至主控計算機，在絞車房報警器輸出聲光報警信號提醒絞車司機注意有行人闖入提升斜井，并減速停車；當行人違章闖入第2道光電傳感器時，所在車場攝像儀對闖入行人進行抓拍并將進行硬盤自動存儲，計算機輸出信號閉鎖指令，絞車進行自動減速停車。

系統處于自動運行模式時，主信號工選擇目標車場，礦車鉤頭所在水平車場（起始車場）信號工進行提升信號打點，各水平偏口道岔根據需要執行1次自動扳道操作，確保礦車可提升到目標車場偏口以上位置，上部車場主信號工收到下部車場打點信號后在系統內道岔狀態正常時對打點信號進行第2次確認，絞車司機在收到打點信號后進行礦車提升操作；礦車到達終點車場岔尖以上一定位置后，計算機將自動發出打停信號，絞車司機收到停車指令后執行停車操作，終點車場道岔執行第2次自動扳道操作，道岔操作到位后系統自動發出下放的打點指令，上部車場主信號工收到打點信號后進行打點信號確認，絞車司機收到信號進行礦車下放操作，將礦車下放至終點車場；礦車到達終點車場后終點車場信號工執行打停操作，絞車司機收到打停信號后執行停車操作，1次自動提升過程完成。

在系統處于自動運行模式時，信號工只需對提升信號設備進行正常信號操作即可，輔助運輸和防護設備將根據提升信號指令和礦車鉤頭位置實現其自動控制操作，以保證運輸路線 暢通，減少人員操作干預，提高運輸效率和安全可靠性。

3 創新應用

該監控系統的應用結合了現場實際需要，對斜井提升過程中的行人闖入危險區域進行改進設計，要求在各車場片口處設置2道行人檢測傳感器，2道傳感器間間距100 cm，傳感器安裝在巷道壁1 m高左右，在2道傳感器中間位置軌道內側安裝1只速度傳感器，在巷道頂、朝向行人檢測位置裝有抓拍用攝像儀。提升過程中，當有行人從車場方向向片口違章闖入時，行走到設置的第1道光電傳感器處時，行人檢測光電式傳感器1被遮擋，傳感器感應到有行人闖入，可編程控制箱接收到該信號后，輸出報警指令，控制就地聲光報警箱進行聲光語音報警，提醒行人退出危險區域，同時該信號傳至上位計算機，在絞車房（或上車場信號硐室）控制聲光報警器輸出聲光報警信號，提醒絞車司機（或主信號工）注意有行人闖入提升斜井，以備減速停車；行人闖入第1道光電傳感器、聲光報警提醒后，如行人未及時退出、仍違章前行，第2道光電傳感器檢測到有行人違章闖入，可編程控制箱將信號傳至計算機，計算機接受到該信號后，自動輸出閉鎖信號，閉鎖絞車信號系統，絞車進行自動減速停車，同時計算機發出控制指令攝像儀進行行人闖入的自動抓拍，進行硬盤存儲，便于行人闖入的違章查詢；將有效提高“行車不行人，行人不行車”的管理規定，保證違章依據可查，為違章事項提供事后查詢依據。2道光電傳感器中間位置軌道上安裝的速度傳感器作為車輪檢測用，用于區分行人和礦車的通過；系統通過編碼器確定礦車鉤頭所在位置并判斷否有提升操作，通過邏輯判斷以減少提升過程中礦車通過時的誤報警。為保證運輸工作的正常進行，在絞車停止運行時，有行人闖入斜巷時只進行視頻圖像的抓拍和聲光報警提醒，對絞車不進行信號的安全閉鎖控制。

4結語

介紹了一種煤礦斜巷多水平提升監控系統在天祝煤礦斜井多水平提升中的應用情況，著重從系統結構、工作過程和創新應用進行簡要闡述。天祝煤礦井下斜巷多水平提升監控系統監控畫面在上車場及絞車房顯示，同時傳至調度監測集控中心及區隊值班室，區隊值班人員實時監控井下提升狀態，發現違章，及時制止。經現場應用和綜合評審看，應用效果較好，確保了多水平提升安全，杜絕提升期間行人闖入絞車道，有效防止傷亡事故發生。為礦井自動化綜合監控平臺提供了開放的通訊接口和數據，為運輸管理、設備管理和安全管理提供了基礎性技術數據；能夠為后期煤礦生產和安全管理大數據分析提供現實數據。該系統的應用能夠有效增強斜井多水平提升運輸安全性、可靠性。