煤礦架空乘人裝置斷繩捕捉保護(hù)系統(tǒng)

劉東洋 李永濤

摘要：在裝置和傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種新的斷繩捕捉器，并設(shè)計(jì)組成新的斷繩捕捉保護(hù)系統(tǒng)，對(duì)井下架空乘人裝置進(jìn)行保護(hù)，新的斷繩捕捉保護(hù)系統(tǒng)克服之前傳統(tǒng)保護(hù)裝置的不足和劣勢(shì)。主要闡述這種新型斷繩捕捉器的工作方式及其特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：煤礦；架空乘人鋼絲繩保護(hù)裝置；保護(hù)系統(tǒng)

引言

礦用架空乘人裝置，俗稱(chēng)“猴車(chē)”，廣泛運(yùn)用于煤礦生產(chǎn)中，既可以單獨(dú)使用，同時(shí)也可以與其他的輔助運(yùn)輸設(shè)備配合使用。架空乘人裝置由防爆電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)鋼絲繩牽引，用于為煤礦工人上下井時(shí)乘坐，減小作業(yè)工人的體力消耗，提高工人的工作效率。隨著架空乘人裝置的廣泛應(yīng)用，但架空乘人裝置的質(zhì)量卻良莠不齊，這在一定程度上導(dǎo)致了架空乘人裝置在運(yùn)行過(guò)程中事故頻頻，主要有變速箱機(jī)械故障、安全制動(dòng)器失效、過(guò)速飛車(chē)斷電停車(chē)保護(hù)失效。架空乘人裝置設(shè)計(jì)的不足，使其在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)存在鋼絲繩脫落、鋼絲繩斷絲等安全隱患，這些可以導(dǎo)致保護(hù)裝置的失效。因此，斷繩捕捉保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)品便應(yīng)運(yùn)而生，并越來(lái)越被市場(chǎng)所接受，其作用越來(lái)越受到人們的重視。針對(duì)以上斷繩的問(wèn)題，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和技術(shù)研究，在已有保護(hù)裝置的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)出一套新的斷繩捕捉保護(hù)系統(tǒng)，以下重點(diǎn)介紹系統(tǒng)組成和關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

煤礦井下架空乘人裝置的井下監(jiān)控主站，其監(jiān)測(cè)的對(duì)象為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)油溫、變速箱液位、變速箱油溫，并能夠?qū)︱?qū)動(dòng)電機(jī)根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行調(diào)速。當(dāng)接收井下斷繩捕捉系統(tǒng)發(fā)出的斷繩信號(hào)后，進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警，控制電磁閥動(dòng)作進(jìn)行停車(chē)，切斷電磁閥電源實(shí)現(xiàn)緊急停車(chē)。監(jiān)控主站利用以太網(wǎng)與系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)上位機(jī)進(jìn)行通信。系統(tǒng)監(jiān)控能通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫(huà)、圖形顯示，實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、歷史曲線(xiàn)，報(bào)警處理等數(shù)據(jù)記錄方式，向用戶(hù)提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案。斷繩捕捉保護(hù)系統(tǒng)利用張力傳感器及位移傳感器對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行采集，并與其他分站進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，對(duì)架空乘人裝置的運(yùn)行狀態(tài)與保護(hù)捕捉裝置的狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，與中央控制臺(tái)完成通信，完成對(duì)架空乘人裝置的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。一旦出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)，報(bào)警信號(hào)傳遞到PLC及中央控制臺(tái)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行保護(hù)或者選擇人工操作，完成斷繩捕捉。

（二）系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1.數(shù)據(jù)采集模塊

斷繩保護(hù)系統(tǒng)中主要組成設(shè)備有捕捉器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、張力傳感器、位移傳感器、繼電保護(hù)裝置、中央控制平臺(tái)等。張力傳感器的作用是采集猴車(chē)牽引鋼絲繩上的實(shí)時(shí)壓力值，通過(guò)與正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)值范圍對(duì)比，用以判斷鋼絲繩是否正常工作。位移傳感器采集牽引鋼絲繩的位置信息，檢測(cè)是否偏離運(yùn)行軌跡。

2.數(shù)據(jù)顯示模塊

系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)包括中央控制平臺(tái)和監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件選用MCGS，MCGS是一套用于快速構(gòu)造和生成中央控制平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫(huà)、圖形顯示、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、歷史曲線(xiàn)、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式，向用戶(hù)提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案。

3.數(shù)據(jù)傳輸模塊

PLC是中央控制核心，張力傳感器和位移傳感器將采集到的實(shí)時(shí)信息通過(guò)PROFIBUS傳遞給PLC。繼電保護(hù)裝置與PLC通過(guò)PROFIBUS通信，連接到CPU342模塊。中央控制平臺(tái)通過(guò)以太網(wǎng)與PLC通信，連接在CPU343-1模塊。

二、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（一）斷繩捕捉保護(hù)系統(tǒng)的組成

牽引鋼絲繩從牽引通道中穿過(guò)，斷繩捕捉保護(hù)系統(tǒng)沿工作方向設(shè)置有若干個(gè)監(jiān)控分站，這便有若干的斷繩捕捉器和若干傳感器，斷繩捕捉系統(tǒng)安裝于架空乘人裝置的安裝支架上，所述斷繩捕捉保護(hù)系統(tǒng)包括斷繩捕捉器、各種傳感器、PLC及中央控制臺(tái)，可編程控制器，PLC通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與中央控制臺(tái)通信。

（二）斷繩捕捉器控制點(diǎn)

在架空乘人裝置的運(yùn)行過(guò)程中，托繩輪軸安裝不水平，易造成輪襯傾斜，或者牽引鋼絲繩偏離托繩輪中心，加大鋼絲繩的摩擦因數(shù)，這會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩發(fā)生斷絲現(xiàn)象，這些問(wèn)題都會(huì)對(duì)井下工人乘坐的安全性造成隱患，如發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，會(huì)造成安全事故，因此安裝位移傳感器。張力檢測(cè)裝置對(duì)鋼絲繩的張力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，根據(jù)張力值的變化情況判斷鋼絲繩的運(yùn)行狀態(tài)，判斷鋼絲繩是否松動(dòng)，或者部分區(qū)域拉力不均勻，以此來(lái)判斷牽引鋼絲繩是否安全，當(dāng)牽引鋼絲繩斷裂后，張力消失，立即進(jìn)行捕捉。同時(shí)，分站PLC將通過(guò)以太網(wǎng)將信息上傳到監(jiān)控主站，并到達(dá)中央控制平臺(tái)。監(jiān)控主站控制電磁閥停車(chē)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。井上監(jiān)控系統(tǒng)接收到張力數(shù)值后，由工作人員通過(guò)對(duì)監(jiān)控分站測(cè)得的張力值計(jì)算，確定斷繩的具體位置。當(dāng)鋼絲繩發(fā)生斷裂時(shí)，監(jiān)控分站中斷現(xiàn)有的處理，立即采集捕捉器的狀態(tài)、鋼絲繩的張力情況。

三、鋼絲繩狀態(tài)檢測(cè)

（一）鋼絲繩運(yùn)行位置、張力檢測(cè)

位移傳感器、張力傳感器通過(guò)4～20mA的模擬信號(hào)與S7-300的SM331模塊進(jìn)行通信，SM331模塊將信號(hào)轉(zhuǎn)換成0～27648的整數(shù)形式S，然后利用FC105將該值轉(zhuǎn)換成工程實(shí)際值Q，后利用Q=KS/27648（K為傳感器量程），控制器根據(jù)實(shí)際值進(jìn)行操作，后接SM332數(shù)字輸出模塊，對(duì)斷繩捕捉器進(jìn)行動(dòng)作控制。

（二）鋼絲繩運(yùn)行速度檢測(cè)

選用歐姆龍E6B2-CWZ6C型編碼器對(duì)鋼絲繩的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，將采集到的信號(hào)傳輸?shù)絇LC中，利用PLC的高速計(jì)數(shù)器指令進(jìn)行分析，得到牽引鋼絲繩的運(yùn)行速度和運(yùn)行方向，編碼器裝置在分站的位置，為了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可在臨近驅(qū)動(dòng)電機(jī)的井下監(jiān)控分站兩側(cè)分別安裝，并根據(jù)實(shí)際情況，可適當(dāng)增加安裝個(gè)數(shù)。從而避免某個(gè)編碼器出現(xiàn)故障，無(wú)法采集信號(hào)造成的安全隱患，保障架空乘人裝置的安全運(yùn)行，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（三）斷繩捕捉監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)能夠顯示各個(gè)被測(cè)對(duì)象的測(cè)量參數(shù)，如每個(gè)監(jiān)控分站的牽引鋼絲繩張力值、位移偏移值、運(yùn)行速度，對(duì)捕捉器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，以及作為分站的斷繩捕捉器的工作狀態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)連接的功能，更加全面、準(zhǔn)確地監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)行參數(shù)。

結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)出一套新型的煤礦井下架空乘人裝置的斷繩捕捉保護(hù)系統(tǒng)，斷繩捕捉保護(hù)系統(tǒng)作為一種新興保護(hù)系統(tǒng)，具有全方位監(jiān)測(cè)架空乘人裝置的牽引鋼絲繩運(yùn)行狀態(tài)，以及發(fā)生斷繩事故后的實(shí)時(shí)保護(hù)功能，在牽引鋼絲繩斷裂的同時(shí)進(jìn)行斷繩捕捉保護(hù)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，保護(hù)乘車(chē)人員的生命安全，對(duì)井下工作人員安全工作和煤礦的安全生產(chǎn)具有深遠(yuǎn)的意義。

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