煤礦固定抱索器架空乘人裝置電氣控制與保護(hù)功能淺析

張子明 孔憲越

摘 要：煤礦固定抱索器架空乘人裝置是煤礦井下斜巷及遠(yuǎn)距離輸送工作人員較理想的運(yùn)輸工具，具有載人量大、速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，大大減少了礦工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。應(yīng)用可編程序控制器PLC及其擴(kuò)展功能，進(jìn)一步完善架空乘人裝置電氣控制與保護(hù)功能，同時(shí)也使架空乘人裝置運(yùn)行安全性和可靠性得到有效提高，能夠有力促進(jìn)煤礦的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：架空乘人裝置；電氣控制與保護(hù)；安全性與可靠性

煤礦固定抱索器架空乘人裝置控制系統(tǒng)運(yùn)用可編程序控制器PLC及其擴(kuò)展功能，對各種傳感器和保護(hù)開關(guān)采集的信號運(yùn)行運(yùn)算處理，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，對架空乘人裝置進(jìn)行科學(xué)控制和有效保護(hù)。采用更加人性化的人機(jī)界面，操作人員能夠直觀地了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。對架空乘人裝置電氣控制與保護(hù)功能進(jìn)行合理配置，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

1 架空乘人裝置電氣控制與保護(hù)功能

1.1 架空乘人裝置電氣部分組成

架空乘人裝置電氣部分包括礦用隔爆兼本安型電氣控制箱、礦用本安型電氣操作臺、礦用本安型溫度變送器、礦用本安型壓力變送器、礦用本安型跑偏開關(guān)、礦用隔爆型行程開關(guān)、礦用隔爆兼本安型聲光報(bào)警器、廣播系統(tǒng)、礦用隔爆兼本安型控制開關(guān)（變頻器、軟起動(dòng)器）和礦用控制電纜等。

1.2 控制功能

（1）架空乘人裝置起動(dòng)時(shí)按動(dòng)操作臺的起動(dòng)按鈕，電控系統(tǒng)中可編程序控制器PLC發(fā)出起動(dòng)預(yù)警指令，提示沿線人員注意安全。預(yù)警輸出為繼電器常開無源接點(diǎn)，可外接預(yù)警電鈴或廣播系統(tǒng)，預(yù)警時(shí)間6-10秒。

（2）廣播系統(tǒng)包括播放器和沿線設(shè)置的多功能音箱，具有起動(dòng)預(yù)警、打點(diǎn)、語音通話、播放背景音樂和廣播功能。機(jī)頭控制峒室、操作臺和機(jī)尾單獨(dú)設(shè)置，沿線間距50米。

（3）起動(dòng)預(yù)警結(jié)束后，制動(dòng)液壓站1#液壓系統(tǒng)油泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，1#液壓系統(tǒng)電磁閥同步動(dòng)作，盤式制動(dòng)器打開，壓力變送器采集壓力信號。如果油泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)10秒后檢測不到壓力信號或壓力信號不正常，起動(dòng)過程終止，操作臺顯示故障種類并聲光報(bào)警。系統(tǒng)正常時(shí)，盤式制動(dòng)器打開后延時(shí)2秒液壓推桿制動(dòng)器打開，再延時(shí)2秒主電機(jī)起動(dòng)。

（4）制動(dòng)液壓站1#液壓系統(tǒng)和2#液壓系統(tǒng)共用1只壓力變送器，安裝在液壓站雙液壓系統(tǒng)的共用出口，用于采集液壓系統(tǒng)壓力信號。

（5）配置蓄能器的制動(dòng)液壓站能夠利用壓力變送器采集的壓力信號對油泵電機(jī)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制，使系統(tǒng)壓力保持在6MPa-8MPa之間。經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)油泵運(yùn)行時(shí)間很短，蓄能器保持壓力時(shí)間很長，節(jié)能效果顯著，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（6）制動(dòng)液壓站控制為雙液壓系統(tǒng)配置，一套正常運(yùn)行，另一套備用，1#系統(tǒng)和2#系統(tǒng)的切換由操作臺上的轉(zhuǎn)換開關(guān)和制動(dòng)液壓站起隔離作用的高壓球閥實(shí)現(xiàn)。

（7）在機(jī)頭和機(jī)尾站點(diǎn)前15-20米分別設(shè)置聲光報(bào)警裝置，當(dāng)乘員接近站點(diǎn)前發(fā)出“前方到站請下車”的語音提示，提醒乘員到站安全下車。

（8）正常停車時(shí)按動(dòng)操作臺的停止按鈕，主電機(jī)首先斷電，延時(shí)2秒推桿制動(dòng)器斷電制動(dòng)，再延時(shí)2秒電磁閥斷電復(fù)位，盤式制動(dòng)器制動(dòng)。緊急停車時(shí)主電機(jī)斷電，液壓推桿制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器同時(shí)動(dòng)作，使架空乘人裝置迅速停止運(yùn)行。

（9）運(yùn)送火工品時(shí)由架空乘人裝置操作人員打開操作臺上的火工品運(yùn)輸報(bào)警開關(guān)，沿線廣播系統(tǒng)的多功能音箱發(fā)出“火工運(yùn)輸、禁止行人”的報(bào)警聲，同時(shí)各偏口紅色信號燈點(diǎn)亮，確保火工品運(yùn)輸安全。

（10）觸摸屏實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，正常時(shí)顯示運(yùn)行參數(shù)畫面，當(dāng)故障停車時(shí)顯示故障種類及位置等信息。

1.3 保護(hù)功能

（1）速度（超速、欠速）保護(hù)。轉(zhuǎn)速傳感器安裝機(jī)頭傳動(dòng)部前方托繩輪里側(cè)的安裝支架上，用于檢測鋼絲繩運(yùn)行速度，當(dāng)鋼絲繩超速或打滑時(shí)使控制系統(tǒng)斷電停車，同時(shí)在操作臺顯示故障種類。鋼絲繩運(yùn)行速度不應(yīng)高于或低于正常速度的15%。

（2）機(jī)頭、機(jī)尾越位保護(hù)。在機(jī)頭傳動(dòng)輪和機(jī)尾倒向輪前入繩側(cè)安裝行程開關(guān)或跑偏開關(guān)，當(dāng)乘員越過安全線時(shí)觸動(dòng)行程開關(guān)或跑偏開關(guān)發(fā)出越位信號，使控制系統(tǒng)斷電停車，保護(hù)動(dòng)作時(shí)在操作臺顯示故障類別。

（3）脫繩保護(hù)。脫繩保護(hù)傳感器采用行程開關(guān)或跑偏開關(guān)，兩只為一組，對稱安裝。機(jī)頭機(jī)尾和沿線的變坡點(diǎn)設(shè)置脫繩保護(hù)開關(guān)。架空乘人裝置運(yùn)行過程中，當(dāng)鋼絲繩脫離繩輪輪槽時(shí)觸動(dòng)行程開關(guān)或跑偏開關(guān)，發(fā)出脫繩信號使控制系統(tǒng)停車，同時(shí)在操作臺顯示故障類別和動(dòng)作開關(guān)位置編號。

（4）急停保護(hù)。沿線拉線急停保護(hù)采用急停拉線開關(guān)，沿線間隔距離≤50米。架空乘人裝置運(yùn)行過程中，當(dāng)乘員發(fā)現(xiàn)緊急情況時(shí)可拉動(dòng)急停拉線，急停開關(guān)動(dòng)作發(fā)出停車信號使控制系統(tǒng)停車，同時(shí)在操作臺顯示故障種類和動(dòng)作開關(guān)位置編號。

（5）驅(qū)動(dòng)輪和倒向輪防異物導(dǎo)入保護(hù)。在驅(qū)動(dòng)輪和倒向輪入繩側(cè)設(shè)置行程開關(guān)或跑偏開關(guān)，當(dāng)有異物導(dǎo)入機(jī)頭傳動(dòng)輪或機(jī)尾倒向輪前發(fā)出停車信號使控制系統(tǒng)停車，同時(shí)在操作臺顯示故障種類。

（6）張緊裝置前位移保護(hù)。張緊裝置前位移保護(hù)傳感器采用行程開關(guān)或跑偏開關(guān)，當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)發(fā)生故障使張緊裝置向前位移超限時(shí)發(fā)出停車信號使控制系統(tǒng)停車，同時(shí)在操作臺顯示故障種類。

（7）重錘下限位保護(hù)（斷繩保護(hù)）。重錘下限位保護(hù)（斷繩保護(hù)）傳感器采用行程開關(guān)或跑偏開關(guān)，當(dāng)重錘下降到極限位置，張緊裝置失去作用時(shí)發(fā)出斷電信號使控制系統(tǒng)停車，同時(shí)在操作臺顯示故障類別。

（8）制動(dòng)液壓站油溫保護(hù)。由礦用本安型溫度變送器采集液壓站油溫模擬量信號，經(jīng)PLC運(yùn)算處理，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)發(fā)出停車信號使控制系統(tǒng)停車，同時(shí)在操作臺顯示故障種類別。制動(dòng)液壓站液壓油溫升不得超過34℃，最高油溫不應(yīng)超過70℃。

（9）減速器油溫保護(hù)。由礦用本安型溫度變送器采集液壓站油溫模擬量信號，經(jīng)PLC運(yùn)算處理，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)發(fā)出停車信號使控制系統(tǒng)停車，同時(shí)在操作臺顯示故障種類別。減速器齒輪油溫升不應(yīng)超過35℃，減速器殼體表面溫度不應(yīng)超過75℃。

（10）制動(dòng)液壓站油壓保護(hù)。由礦用本安型壓力變送器采集液壓站油壓模擬量信號，經(jīng)PLC運(yùn)算處理，當(dāng)油壓超過或低于設(shè)定值時(shí)發(fā)出停車信號使控制系統(tǒng)停車，同時(shí)在操作臺顯示故障種類別。正常運(yùn)行時(shí)液壓站壓力為6MPa-8MPa。

（11）架空乘人裝置安裝在運(yùn)輸巷道時(shí)與沿線運(yùn)輸絞車電氣互鎖。架空乘人裝置運(yùn)行時(shí)運(yùn)輸絞車不能起動(dòng)，絞車運(yùn)行時(shí)架空乘人裝置不能起動(dòng)。

（12）架空乘人裝置安裝在運(yùn)輸巷道時(shí)與下水平鐵道阻車器互鎖，架空乘人裝置運(yùn)行時(shí)礦車鐵道阻車器在擋車狀態(tài)，礦車不能進(jìn)入機(jī)尾回轉(zhuǎn)區(qū)域；架空乘人裝置機(jī)尾回轉(zhuǎn)區(qū)域有礦車時(shí)阻車器在通車狀態(tài)，架空乘人裝置不能起動(dòng)。

（13）具有保護(hù)閉鎖功能。所有引起停車的保護(hù)動(dòng)作后，控制系統(tǒng)自動(dòng)閉鎖，起動(dòng)前必須首先將故障解除再按下操作臺的故障復(fù)位按鈕，控制系統(tǒng)復(fù)位后方可重新起動(dòng)架空乘人裝置。

（14）控制系統(tǒng)閉環(huán)控制功能。具有各種控制開關(guān)（變頻器或軟起動(dòng)器）運(yùn)行及故障反饋功能，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制。

（15）具有過載、過流、漏電等保護(hù)功能。由電動(dòng)機(jī)的控制開關(guān)（變頻器或軟起動(dòng)器）實(shí)現(xiàn)過載、過流、漏電等保護(hù)功能。

（16）雙制動(dòng)器保護(hù)。配置雙制動(dòng)器即液壓推桿制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器，分別作用于減速機(jī)的高速軸和驅(qū)動(dòng)輪，設(shè)備正常起動(dòng)和停止時(shí)雙制動(dòng)器均由電控系統(tǒng)進(jìn)行程序控制，緊急停車時(shí)同時(shí)斷電制動(dòng)，使設(shè)備迅速停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

（17）系統(tǒng)防靜電保護(hù)。在機(jī)頭前第一架橫梁上安裝鋼絲繩接地裝置，并將該裝置與接地極做可靠電氣連接。設(shè)備運(yùn)行過程中，鋼絲繩和聚氨脂承磨墊摩擦產(chǎn)生的靜電被直接導(dǎo)入大地，避免形成危害。

2 結(jié)語

隨著我國煤炭工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化程度的不斷提高，煤礦運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)性能也在不斷向更高層次發(fā)展。通過可編程序控制器PLC及其擴(kuò)展功能的運(yùn)用，煤礦固定抱索器架空乘人裝置電氣控制與保護(hù)功能得到進(jìn)一步完善，從而保證了設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性，使煤礦井下人員運(yùn)輸更加安全快捷，有利于煤礦的安全生產(chǎn)。

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作者簡介：張子明（1967-），男，畢業(yè)于東北大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)，鐵法煤業(yè)集團(tuán)機(jī)械制造有限責(zé)任公司技術(shù)科主任工程師。