井下猴車自動開停裝置應用創新

任建國，王斌俊，王曉東，劉 星

(汾西礦業集團高陽煤礦機電創新工作室，山西孝義032306)

1 創新背景

煤礦架空乘人裝置，是煤礦井下的一種設備，因乘人裝置鋼絲繩運行速度低，乘人離地不高，具有運行安全可靠、人員上下方便、一次性投入低、操作簡單、便于維護和運行效率高等特點，逐漸被越來越多的礦井使用。我礦在新一采猴車巷投入使用這種輔助運輸設備，全長300 余米，但由于工人工作時間的關系，猴車經常處于空運行狀態，這樣不但造成了電費的流失，還加劇了設備及電機的磨損，為了解決我礦新一采猴車目前的狀況，做到節能降耗，機電區創新工作室對此進行了技術革新，自主研發制作了井下猴車自動開停裝置，可根據是否有人員乘坐自動開停，有效地解決了目前猴車空運行的狀況。

2 創新過程

2.1 改進思路

通過在猴車巷機頭和機尾的兩端安裝人體紅外熱釋傳感器，并配以微控制器，實現有人自動開車，無人自動停車，杜絕空運行狀態。

2.2 工作原理

猴車自動開停裝置是由自主研發制作的微控制器和感應器組成，是無需專人看管的自動化裝置系統(見圖1)。本裝置在不改變原猴車電控系統上進行改進革新，在原手動控制猴車開停的基礎上增加猴車的自動開停功能(兼容原控制按鈕)，若自動開停裝置發生故障可通過原控制按鈕開停設備或通過操作臺切換按鈕，切換至原控制狀態。

整個裝置主要由傳感器模塊、微控制器模塊、指示燈三部分組成。其中微控制模塊是整個系統的核心部分，猴車的開停都由它來控制，就猶如人類大腦。傳感器模塊猶如人類的眼睛，當有人乘坐猴車時傳感器向控制器發出開車信號，當無人乘坐猴車時傳感器向控制器發出停車信號。同時，為方便乘坐人員乘坐，在機頭和機尾感應區上方裝有兩種顏色的信號燈，當人員通過感應區和停車等待時對應的指示燈亮起。

圖1 系統連接總圖

1)傳感器模塊:本裝置傳感器采用人體紅外熱釋傳感器，傳感器通過感知人體釋放的10 μm 紅外線進行工作，當有人通過傳感器時，傳感器便感應出信號，上傳到機頭控制器內。傳感器安裝如圖2 所示。

2)指示燈:在機頭和機尾感應區上方裝有黃色和綠色兩種指示燈。當人員通過感應區下方，紅外傳感器感應到人體溫度后綠燈亮起，同時傳感器向控制器發出信號。當猴車在剛停車6 min 內黃燈亮起，在此期間若有人乘坐猴車時，待黃燈熄滅后猴車自動開車運行。

圖2 傳感器安裝布置圖

當猴車停止時，乘坐人員走到乘車感應區后，傳感器發出信號傳輸至機頭控制器內，控制器輸出信號到原PLC 可編程控制器，并調用猴車啟動程序進行猴車啟動。當有人員通過乘車感應區時，傳感器信號傳輸至機頭微控制器內，控制器通過此信號來判斷是否有人員乘坐。

圖3 微控制器原理示意圖

3)微控制器模塊:本模塊主要由單片機、信號輸入電路、繼電器輸出電路，按鍵輸入電路、顯示電路等組成。本模塊是整個裝置的核心部分，所有的動作都由它來控制。本模塊微控制器使用的是AVR 單片機，AVR 單片機是一種新型、大容量、高速的基于增強型RISC 結構的單片機，通過對單片機的編程實現控制猴車的自動開停。當巷道兩端的傳感器信號傳送到單片機控制器后，單片機控制器通過對此信號的接收處理，判斷是否開、停車。當微控制器在5 min 內沒有再接收到傳感器發出的信號時，猴車便會自動停車。同時，為防止猴車開停和電機的頻繁啟動，當猴車在剛停車6 min 內，控制器不會對猴車進行啟動，在此時期間若有人員乘坐，走到感應區后最多等待6 min 猴車便能自動啟動。微控制器原理圖如圖3 所示。

3 實施效果

在新一采猴車自動開停裝置未安裝前，由于新一采工作人員比較多，乘車人員比較零散，導致猴車經常空載運行，這樣狀態的持續，不僅浪費了電力資源，而且由于長期運行，使猴車電機及相關設備磨損加劇，修理周期縮短，嚴重加大了我礦在猴車維護方面的費用。猴車自動開停裝置的安裝，不僅能夠節約電力資源，而且能夠減少設備運行的長期磨損，加長設備的運行周期。

1)經濟效益:猴車自動開停裝置安裝后，猴車平均每天累計可停8 h，猴車電機功率45 kW，平均每天可節約用電360度，一年可節約用電131 400 度，按0.8 元/kw·h 計算可節約電費11 余萬元。

由于設備長時間運行造成設備磨損更換，電機成本5 萬元，鋼絲繩1 萬元。

2)猴車自動開停裝置制作成本:自主研發制作微控制器電路板一套，傳感器裝置兩套，使用通信電纜線400 m，共計4 500元，合計每年可節省16.5 萬元。

4 結語

猴車自動開停裝置通過理論設計、實際制作，反復論證于14 年1 月15 日安裝投入使用后，經多次試驗、調試，已達到安全、有效、可靠的運行，由于是自主研發制作也節省了后續的維護成本。此項目可推廣至所有需要根據人員實際需求進行開停的電氣設備的操作應用中，此次技術革新也是為貫徹落實集團公司全面預算內部市場化的一次創新性工作。