架空乘人裝置智能化無人值守系統的設計應用

徐 琛

（晉能控股集團微子鎮煤業，山西 長治 046000）

1 工程概況

晉能控股集團微子鎮煤業主斜井斜長561 m，半圓拱斷面，凈寬4.8 m，凈高3.8 m，凈斷面積15.77 m2，傾角23°，落底標高+775.3 m，直接落底15 號煤層。井筒內一側布置1 部DTC100/45/2×250 型帶式輸送機，另一側布置1 部RJKY45-25/1000 型可摘掛架空乘人裝置。該裝置繩徑20 mm，鋼絲繩牽引力38.125 kN，電機功率45 kW，適應最大坡度25°，運行速度1.08 m/s，軟啟動，同時乘坐人員108 人，乘人間距12 m，最大輸送效益388 人/h。

在主斜井架空乘人裝置機頭位置安裝有操作臺，每班安排有1 名崗位工對設備進行開?？刂?。以往在無人乘車情況下架空乘人裝置也保持運行狀態，造成設備過度磨損、浪費電能，設備各種保護傳感器動作不靈敏?；谝陨锨闆r，對RJKY45-25/1000 型架空乘人裝置進行升級改造[1-6]，實現設備智能化自動化無人值守運行。

2 智能化無人值守系統的設計

2.1 智能化無人值守系統的總體方案設計

架空乘人裝置集中控制實現無人值守、集中控制運行，采用PLC 控制器為控制器件。PLC 控制器通過CAN 總線對架空乘人裝置電控系統中數據采集、通信、控制等運行過程進行監測，對越位、防脫繩、變坡點防掉繩、機頭斷軸檢測、急停、張緊力下降、超速等傳感器狀態進行監測；地面集控中心對監測采集信息進行分析處理，對架空乘人系統進行智能化無人值守運行控制及安全保護，保證架空乘人裝置運行的安全性和可靠性。智能化無人值守系統的總體方案設計如圖1。

圖1 智能化無人值守系統的總體方案設計

架空乘人裝置智能化無人值守系統由地面集中控制中心、PLC 控制網絡和智能感知平臺組成。地面集中控制由中心操作臺、PLC 控制柜、上位工控計算機、組態王軟件、通信單元、架空乘人裝置保護裝置等部件組成，對架空乘人裝置運行系統集中監視。PLC 控制網絡對架空乘人裝置直接控制與管理。智能感知平臺對架空乘人裝置運行狀態的監測，對設備各種保護信號的采集與傳輸，采用通信電纜將井下PLC 控制分站與地面計算機進行連接通信。

2.2 架空乘人裝置智能感知平臺的構建

架空乘人裝置智能感知平臺主要是模擬人類視覺感知能力，為無人值守系統自主智能平臺提供感知算法的驗證工作，對“PLC 控制器+CAN 總線通信技術”進行結合，實施一體化的視頻、音頻傳輸和信息檢測智能管理平臺。具有遠程操控、自動監控、遠程故障診斷、綜合保護功能。

2.2.1 架空乘人裝置遠程操控平臺的構建

在地面構建架空乘人裝置遠程操控平臺，通過安設架空乘人裝置集控系統，綜合智能感知、遠程故障診斷、綜合保護技術、智能集控技術實施智能化無人值守作業，架空乘人裝置運行狀態信息及現場環境和人員信息可以實時地反映在地面集控中心計算機顯示器上。工作人員在地面集控中心能夠實施遠程一鍵式啟停、故障自動修復等操作。在架空乘人裝置關鍵區域（上下人地點、機頭機尾下車點、變坡點和拐彎點等）進行實時視頻監視，實時監視各關鍵區域原運行狀態及現場安全情況，有效防范設備安全事故的發生，為安全事故的處理提供依據。

2.2.2 架空乘人裝置綜合保護技術的構建

PLC 控制器通過CAN 總線對架空乘人裝置電控系統中數據采集、通信、控制等運行過程中的情況進行監測。在架空乘人裝置上安裝有各種保護傳感器，檢測設備的運行狀況，將采集到的信息上傳到PLC 控制單元。PLC 控制器對采集到的信息經分析處理后，通過程序處理與主驅動控制進行數據通信，通過聲光語言廣播系統做出預警。

主斜井架空乘人裝置保護系統傳感器配置情況：越位保護傳感器2 個，防脫繩保護傳感器6 個，變坡點防掉繩保護傳感器4 個，機頭斷軸檢測保護傳感器1 個，打滑保護傳感器1 個，急停保護傳感器1 個，張緊力下降保護傳感器1 個，超速保護傳感器1 個。

2.2.3 遠程智能故障診斷技術

在地面監控中心設置有遠程智能故障診斷服務器，監測到設備發生故障，PLC 控制器信息接入到遠程智能故障診斷服務器，按流程進行故障診斷。遠程智能故障診斷系統工作流程如圖2。

圖2 遠程智能故障診斷系統工作流程圖

故障問題經遠程智能故障診斷系統對比分析后，如果能夠自行處理則處理結束后設備恢復正常運行；如故障不能自行處理，采用人機交互對故障進行錄入，為人工處理故障提供依據，處理結束后設備恢復正常運行。

3 實踐應用及效果分析

3.1 實踐應用

微子鎮煤業主斜井RJKY45-25/1000 型可摘掛架空乘人裝置按上述方案完成智能化無人值守系統的建設，傳感器安裝情況如圖3。

圖3 傳感器安裝情況

主斜井斜長561 m，設備運行速度1.08 m/s，行人運送時間約520 s，設備運行延長時間50 s，整個設備智能化無人值守系統運行時間為570 s。當主斜井有行人連續運行通過時，智能化無人值守系統可收集到安裝的紅外傳感器采集并傳輸而來的信息，此時系統可以調整無人值守系統運行倒計時時間，當最后一名行人通過后設備停止運行。若通行過程中發生停車情況，系統會自動按設定程序進入恢復運行階段和設備故障檢修階段，直到最后將行人安全送到目的地。架空乘人裝置智能化無人值守系統運行流程圖如圖4。

圖4 架空乘人裝置智能化無人值守系統運行流程圖

3.2 效果分析

微子鎮煤業主斜井架空乘人裝置智能化無人值守系統從2019 年8 月運行至今，設備及智能化無人值守系統運行穩定，設備運行實現無人值守，可滿足行人正常通行需求，設備無一起安全事故發生，設備運行安全性和可靠性較好。該架空乘人裝置有效實現了設備的無人值守，設備運行中智能化自動化程度高、信號靈敏、節能降耗，礦井輔助運輸效率和運輸自動化管理水平大幅度提高。微子鎮煤業主斜井架空乘人裝置智能化無人值守系統項目的設計與應用成功有效。

3.3 效益分析

智能化無人值守系統應用后，可減少工作崗位1 人，按三班制計算，每年可節約人力資本6000×3×12=21.6 萬元；設備每班可停車3 h，三班可減少運行9 h，設備使用電機功率45 kW，以電費0.65 元/kWh 計算，每年可節約電費為45×9×30×12×0.65=9.48 萬元；對比以往每年可節約設備維修材料費用約10 萬元。智能化無人值守系統的改造安裝費用為11 萬元。因此，對主斜井架空乘人裝置智能化無人值守系統的改造應用具有較好經濟效益。

架空乘人裝置智能化無人值守系統的應用，有效提高了礦井的智能化和自動化水平，設備運行安全可靠，無一起安全事故發生。設備正常運行時間延長，故障率降低，大幅度改善了行人的通行環境。