煤礦架空乘人裝置斷繩捕捉保護系統(tǒng)

劉東洋 李永濤

摘要：在裝置和傳統(tǒng)保護系統(tǒng)的基礎上，設計一種新的斷繩捕捉器，并設計組成新的斷繩捕捉保護系統(tǒng)，對井下架空乘人裝置進行保護，新的斷繩捕捉保護系統(tǒng)克服之前傳統(tǒng)保護裝置的不足和劣勢。主要闡述這種新型斷繩捕捉器的工作方式及其特點。

關鍵詞：煤礦；架空乘人鋼絲繩保護裝置；保護系統(tǒng)

引言

礦用架空乘人裝置，俗稱“猴車”，廣泛運用于煤礦生產(chǎn)中，既可以單獨使用，同時也可以與其他的輔助運輸設備配合使用。架空乘人裝置由防爆電動機驅(qū)動，通過鋼絲繩牽引，用于為煤礦工人上下井時乘坐，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，這在一定程度上導致了架空乘人裝置在運行過程中事故頻頻，主要有變速箱機械故障、安全制動器失效、過速飛車斷電停車保護失效。架空乘人裝置設計的不足，使其在運行過程中會存在鋼絲繩脫落、鋼絲繩斷絲等安全隱患，這些可以導致保護裝置的失效。因此，斷繩捕捉保護系統(tǒng)產(chǎn)品便應運而生，并越來越被市場所接受，其作用越來越受到人們的重視。針對以上斷繩的問題，通過現(xiàn)場調(diào)研和技術研究，在已有保護裝置的基礎上，本文設計出一套新的斷繩捕捉保護系統(tǒng)，以下重點介紹系統(tǒng)組成和關鍵技術的實現(xiàn)。

一、系統(tǒng)設計

（一）系統(tǒng)結構設計

煤礦井下架空乘人裝置的井下監(jiān)控主站，其監(jiān)測的對象為驅(qū)動電機的電機油溫、變速箱液位、變速箱油溫，并能夠?qū)︱?qū)動電機根據(jù)實際情況，進行調(diào)速。當接收井下斷繩捕捉系統(tǒng)發(fā)出的斷繩信號后，進行語音報警，控制電磁閥動作進行停車，切斷電磁閥電源實現(xiàn)緊急停車。監(jiān)控主站利用以太網(wǎng)與系統(tǒng)監(jiān)控平臺上位機進行通信。系統(tǒng)監(jiān)控能通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫、圖形顯示，實時曲線、歷史曲線，報警處理等數(shù)據(jù)記錄方式，向用戶提供解決實際工程問題的方案。斷繩捕捉保護系統(tǒng)利用張力傳感器及位移傳感器對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行采集，并與其他分站進行實時通信，對架空乘人裝置的運行狀態(tài)與保護捕捉裝置的狀態(tài)實時監(jiān)控，與中央控制臺完成通信，完成對架空乘人裝置的運行狀態(tài)監(jiān)控。一旦出現(xiàn)異常狀態(tài)時，報警信號傳遞到PLC及中央控制臺，系統(tǒng)自動進行保護或者選擇人工操作，完成斷繩捕捉。

（二）系統(tǒng)功能設計

1.數(shù)據(jù)采集模塊

斷繩保護系統(tǒng)中主要組成設備有捕捉器、驅(qū)動電機、張力傳感器、位移傳感器、繼電保護裝置、中央控制平臺等。張力傳感器的作用是采集猴車牽引鋼絲繩上的實時壓力值，通過與正常運行時的數(shù)據(jù)值范圍對比，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，檢測是否偏離運行軌跡。

2.數(shù)據(jù)顯示模塊

系統(tǒng)監(jiān)控平臺包括中央控制平臺和監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件選用MCGS，MCGS是一套用于快速構造和生成中央控制平臺監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫、圖形顯示、實時曲線、歷史曲線、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式，向用戶提供解決實際工程問題的方案。

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時信息通過PROFIBUS傳遞給PLC。繼電保護裝置與PLC通過PROFIBUS通信，連接到CPU342模塊。中央控制平臺通過以太網(wǎng)與PLC通信，連接在CPU343-1模塊。

二、系統(tǒng)關鍵技術

（一）斷繩捕捉保護系統(tǒng)的組成

牽引鋼絲繩從牽引通道中穿過，斷繩捕捉保護系統(tǒng)沿工作方向設置有若干個監(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，所述斷繩捕捉保護系統(tǒng)包括斷繩捕捉器、各種傳感器、PLC及中央控制臺，可編程控制器，PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)與中央控制臺通信。

（二）斷繩捕捉器控制點

在架空乘人裝置的運行過程中，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)，這會導致鋼絲繩發(fā)生斷絲現(xiàn)象，這些問題都會對井下工人乘坐的安全性造成隱患，如發(fā)現(xiàn)不及時，會造成安全事故，因此安裝位移傳感器。張力檢測裝置對鋼絲繩的張力進行實時檢測，根據(jù)張力值的變化情況判斷鋼絲繩的運行狀態(tài)，判斷鋼絲繩是否松動，或者部分區(qū)域拉力不均勻，以此來判斷牽引鋼絲繩是否安全，當牽引鋼絲繩斷裂后，張力消失，立即進行捕捉。同時，分站PLC將通過以太網(wǎng)將信息上傳到監(jiān)控主站，并到達中央控制平臺。監(jiān)控主站控制電磁閥停車，并發(fā)出報警信號。井上監(jiān)控系統(tǒng)接收到張力數(shù)值后，由工作人員通過對監(jiān)控分站測得的張力值計算，確定斷繩的具體位置。當鋼絲繩發(fā)生斷裂時，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

（一）鋼絲繩運行位置、張力檢測

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

（二）鋼絲繩運行速度檢測

選用歐姆龍E6B2-CWZ6C型編碼器對鋼絲繩的運行狀態(tài)進行檢測，將采集到的信號傳輸?shù)絇LC中，利用PLC的高速計數(shù)器指令進行分析，得到牽引鋼絲繩的運行速度和運行方向，編碼器裝置在分站的位置，為了數(shù)據(jù)的準確性，可在臨近驅(qū)動電機的井下監(jiān)控分站兩側(cè)分別安裝，并根據(jù)實際情況，可適當增加安裝個數(shù)。從而避免某個編碼器出現(xiàn)故障，無法采集信號造成的安全隱患，保障架空乘人裝置的安全運行，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)能夠顯示各個被測對象的測量參數(shù)，如每個監(jiān)控分站的牽引鋼絲繩張力值、位移偏移值、運行速度，對捕捉器狀態(tài)進行監(jiān)控，以及作為分站的斷繩捕捉器的工作狀態(tài)，同時系統(tǒng)可實現(xiàn)局域網(wǎng)絡連接的功能，更加全面、準確地監(jiān)控系統(tǒng)的各個運行參數(shù)。

結語

本文設計出一套新型的煤礦井下架空乘人裝置的斷繩捕捉保護系統(tǒng)，斷繩捕捉保護系統(tǒng)作為一種新興保護系統(tǒng)，具有全方位監(jiān)測架空乘人裝置的牽引鋼絲繩運行狀態(tài)，以及發(fā)生斷繩事故后的實時保護功能，在牽引鋼絲繩斷裂的同時進行斷繩捕捉保護，并發(fā)出報警信號，保護乘車人員的生命安全，對井下工作人員安全工作和煤礦的安全生產(chǎn)具有深遠的意義。

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