架空乘人裝置監(jiān)控系統(tǒng)的應用研究

鄭偉衛(wèi)

(河南能源化工集團 永煤公司車集煤礦，河南 永城 476600)

煤礦架空乘人裝置是煤礦井下輔助運輸設備，主要是運送人員上下斜巷和平巷。主要由驅動裝置、拖繩裝置、乘人器、迂回輪裝置、張緊裝置、安全保護裝置以及電控裝置等組成，是一種較為新型的礦山人員運輸設備。隨著煤礦的發(fā)展，井下存在多水平工作面以及多條上下斜巷和平巷，這也致使井下需要同時運行多部架空乘人裝置。目前多部架空乘人裝置皆是獨立單機運行，缺乏統(tǒng)一的管理調度，無法與架空乘人裝置配電點電控開關實現聯控。從而無法實現多部架空乘人裝置的集控聯動，影響煤礦現代化智能礦山建設的進一步完善，阻礙著煤礦生產效率的進一步提升[1]。

1 架空乘人裝置基本情況

礦井現實際運行的架空乘人裝置分別為東翼行人上山架空乘人裝置、西北軌道上山架空乘人裝置、南翼行人暗斜井架空乘人裝置、西翼行人暗斜井架空乘人裝置，其基本情況如下。

(1)東翼行人上山架空乘人裝置。架空乘人裝置型號為RJY22-28/750(A)，2018年5月對架空乘人裝置機械及電控部分進行改造，驅動輪直徑為1.2 m，速度為1.1 m/s；斜巷長度450 m，坡度16°，具有架空乘人裝置的各種基本保護，具有沿線對講通話、打點、故障語音報警功能，公共廣播系統(tǒng)。

(2)西北軌道上山架空乘人裝置。架空乘人裝置型號為RJY22-30/1000(A)，2014年5月安裝，驅動輪直徑為1.2 m，速度1.0 m/s；斜巷長度147 m，坡度10°，具有架空乘人裝置的各種基本保護，具有沿線對講通話、打點、故障語音報警功能。

(3)南翼行人暗斜井架空乘人裝置。架空乘人裝置型號為RJY75-26/3000(A)，2012年8月安裝，驅動輪直徑1.5 m，速度1.2 m/s；斜巷長度934 m，坡度20°，具有架空乘人裝置的各種基本保護，具有沿線對講通話、打點、故障語音報警功能，公共廣播系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

(4)西翼行人暗斜井架空乘人裝置。架空乘人裝置型號為RJY75-28/1600(B)，2011年9月安裝，驅動輪直徑1.5 m，速度1.1 m/s；斜巷長度1 022 m，坡度18.5°，具有架空乘人裝置的各種基本保護，具有沿線對講通話、打點、故障語音報警功能，公共廣播系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

目前井下多部架空乘人裝置都可以獨立單機運行，但是缺乏統(tǒng)一的運行信息采集、存儲、管理、調度，缺乏架空乘人裝置的運行記錄、故障記錄、操作記錄、運行數據曲線記錄。同時無法與架空乘人裝置配電點的電控開關實現通信，達到多部架空乘人裝置智能聯控的目的。

2 系統(tǒng)結構

系統(tǒng)主要由地面集控中心和井下監(jiān)控分站兩部分組成。地面集控中心主要由工作站以及組態(tài)軟件通過環(huán)網與井下監(jiān)控分站的通信，實現架空乘人裝置以及相應電控開關的運行數據的采集、存儲、顯示、報警等功能。同時通過人機交互的方式對井下多部架空乘人裝置下達控制命令，實現遠程遙控。

井下監(jiān)控分站采用西門子1200系列PLC作為控制核心，通過以太網通信，實現對架空乘人裝置的運行數據采集、顯示、報警、關鍵點視頻監(jiān)控。同時井下監(jiān)控分站通過RS485串口總線ModBus-RTU協議與配電點電控開關通信，采集電控開關的開關狀態(tài)、電壓值、電流值、故障信息等，同時可實現地面集控中心遙控監(jiān)測。監(jiān)控分站配備7寸顯示屏，可以實時顯示當前設備的運行數據以及故障參數等。

系統(tǒng)對每一部架空乘人裝置的關鍵位置均配備了網絡攝像儀，同時在每部裝置機頭均配置了1臺礦用隔爆型顯示器和1臺礦用本安型網絡話機。系統(tǒng)可通過井下環(huán)網隨時對任意1臺或是多臺攝像儀進行訪問顯示，同時可對任意一部或是多部話機進行語音擴播、語音對話。

系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 架空乘人運輸監(jiān)控系統(tǒng)結構Fig.1 Structure of overhead passenger transport monitoring system

3 實施方案

3.1 東翼行人上山架空乘人裝置

(1)視頻監(jiān)控部分。斜巷長度450 m，攝像儀安裝位置為上平臺安裝2個，下平臺安裝2個，斜巷按距離均勻分布安裝2個攝像儀。系統(tǒng)通過環(huán)網交換機將數據上傳至地面。

(2)系統(tǒng)通信部分。架空乘人裝置控制器Smart200 PLC通過以太網與工作站通信，工作站通過KEP-Server-EX作為OPC Server，采集Smart200 PLC數據[2]。系統(tǒng)根據Smart200 PLC的程序以及點表讀取當前裝置的運行狀態(tài)以及故障狀態(tài)。系統(tǒng)主控制器西門子1200系列PLC通過以太網與工作站進行通信。

3.2 西北軌道上山架空乘人裝置

(1)視頻監(jiān)控部分。斜巷長度147 m，攝像儀安裝位置為上平臺安裝2個，下平臺安裝2個。系統(tǒng)通過環(huán)網交換機將數據上傳至地面。

(2)系統(tǒng)通信部分。架空乘人裝置控制器臺達DVP-20PM系列PLC通過BCNet-DVP通信模塊轉換成以太網傳輸至工作站，工作站通過KEP-Server-EX作為OPC Server，采集臺達PLC數據。系統(tǒng)根據臺達 PLC的程序以及點表讀取當前裝置的運行狀態(tài)以及故障狀態(tài)。系統(tǒng)主控制器西門子1200系列PLC通過以太網與工作站通信。

3.3 西翼行人暗斜井架空乘人裝置

(1)視頻監(jiān)控部分。原視頻圖像通過環(huán)網交換機上傳至地面。

(2)系統(tǒng)通信部分。架空乘人裝置控制器三菱FX3U PLC通過FX3U-485-BD通信板，然后經過MOXA NPORT 5232串口服務器轉換成以太網傳輸至工作站。工作站通過MX OPC Server作為OPC Server，采集三菱 PLC數據。系統(tǒng)根據PLC的程序以及點表讀取當前裝置的運行狀態(tài)以及故障狀態(tài)。系統(tǒng)主控制器西門子1200系列PLC通過以太網與工作站進行通信。

3.4 南翼行人暗斜井架空乘人裝置

(1)視頻監(jiān)控部分。原系統(tǒng)視頻圖像通過環(huán)網交換機上傳至地面。

(2)系統(tǒng)通信部分。架空乘人裝置控制器三菱FX2N PLC通過編程口經過MOXA NPORT 5150串口服務器轉換成以太網傳輸至工作站。工作站通過MX OPC Server作為OPC Server，采集三菱 PLC數據。系統(tǒng)根據PLC的程序以及點表讀取當前裝置的運行狀態(tài)以及故障狀態(tài)。系統(tǒng)主控制器西門子1200系列PLC通過以太網與工作站進行通信。

各部裝置配電點的軟起動器、真空電磁起動器、照明綜保以及饋電開關通過RS485串口總線ModBus-RTU協議與系統(tǒng)1200系列PLC進行通信，采集相應設備的開關狀態(tài)、故障狀態(tài)以及控制其合閘、分閘、故障復位等功能。

系統(tǒng)設備布局如圖2所示。

圖2 架空乘人運輸監(jiān)控系統(tǒng)設備布局Fig.2 Equipment layout of overhead passenger transport monitoring system

4 系統(tǒng)主要功能

4.1 數據采集分析

系統(tǒng)實時采集架空乘人裝置運行工況參數，實時采集各部架空乘人裝置配電點所有開關電流、電壓、開關分合閘狀態(tài)和故障等狀態(tài)，并能夠進行遠程監(jiān)控。對架空乘人裝置運行速度、開停狀態(tài)以及架空乘人裝置相應的故障保護數據進行采集，當出現故障時能準確上傳故障狀態(tài)及語音報警并可遠程進行急停閉鎖、復位、啟動等操作。

4.2 運行畫面聯動

系統(tǒng)通過采集到的數據分析結果，采用圖形、報表的形式顯示系統(tǒng)的實時工況。對架空乘人裝置運行速度、開停狀態(tài)以及架空乘人裝置相應的故障保護數據進行動態(tài)顯示，當發(fā)生故障時能夠及時地故障報警，同時可按照故障地點、故障時間、故障類型進行存儲，并語音提示。系統(tǒng)具有相關信息輸出、存儲、歷史查詢、可打印等功能，實現監(jiān)控信息、畫面等遠程局域網Web訪問，方便設備信息共享。

4.3 遠程控制

系統(tǒng)能夠采集架空乘人裝置配電點各開關的實時運行數據如電流、電壓、溫度等參數和開關分合閘狀態(tài)、故障狀態(tài)，并能夠進行遠程復位、遠程分合閘操作。

(1)遠程啟動。系統(tǒng)具備啟動條件且允許遠控的前提下，選擇好遠程按鈕，按下啟動鍵1 s，系統(tǒng)自動通過擴播系統(tǒng)進行啟動預警，隨后按照正常程序啟動相應的架空乘人裝置。

(2)遠程停止。在自動模式下運行過程中(允許遠控的條件下)，操作員選好遠控按鈕，并錄入密碼確認后，按下停止鍵1 s，系統(tǒng)自動按照正常停車程序進行停車。

(3)故障復位。在自動模式下運行過程中故障停機(允許遠控的條件下)，且故障消除后，按下復位鍵1 s后，能夠消除故障狀態(tài)。

(4)遠程急停。在自動模式下運行過程中(允許遠控的條件下)，通過視頻或因其他原因需要緊急停車并閉鎖啟動時，按下遠程急停鍵1 s，系統(tǒng)便按照故障進行緊急停車。

4.4 語音對講

系統(tǒng)能夠在需要的情況下巷道內的喊話器向地面集控中心進行喊話，也可在地面集控中心向井下任意一部架空乘人裝置進行喊話，每部架空乘人裝置的正常通話互不影響。

4.5 視頻部分

井下隔爆兼本安型監(jiān)控分站留有視頻監(jiān)控上傳端口用于接入視頻環(huán)網，具備圖像識別功能，能夠分辨異常運行狀態(tài)并聯動報警。

5 應用效果

架空乘人裝置監(jiān)控系統(tǒng)能實時采集架空乘人裝置運行工況參數，對裝置的運行速度、開停狀態(tài)以及相應的故障保護數據進行采集。同時，可以實時采集各部架空乘人裝置配電點所有開關電流、電壓、開關分合閘狀態(tài)和故障等狀態(tài)，并能夠進行地面調度室遠程控制[3]。系統(tǒng)具備語音對講和視屏監(jiān)控功能，操作員可在調度室對井下架空乘人裝置實時監(jiān)控以及語音對講。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，實現了多部架空乘人裝置的集中控制聯動，大大提升了煤礦井下人員的輸送效率，為進一步提高煤礦現代化智能礦山建設打下了堅實基礎。

6 結語

架空乘人裝置監(jiān)控系統(tǒng)配置結構簡單，便于操作，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，實現了多部架空乘人裝置的地面調度室集中控制聯動。設備出現故障能及時提示報警，大大加強了系統(tǒng)的安全性和可靠性，提高了煤礦的生產效率。