礦井架空乘人裝置遠程控制急停閉鎖系統(tǒng)研究

王 野，郭棟梁

(1.三元微子鎮(zhèn)煤業(yè)有限公司， 山西 長治 046000； 2.太原科技大學(xué)， 山西 太原 030024)

架空乘人裝置是礦井輔助運輸?shù)V工的主要設(shè)備，該設(shè)備成本低、檢修維護方便、能夠遠程監(jiān)測控制。因此，在很多新建及改建礦井中被廣泛采用，但是目前該設(shè)備在使用過程中造成的安全事故也時有發(fā)生，分析其原因主要有：急停保護裝置落后，井下多采用傳統(tǒng)的沿線急停保護裝置，在緊急情況下使用拉線方式實現(xiàn)裝置急停，由于巷道坡度和急停拉線自身重量影響容易發(fā)生急停拒動作或誤動作現(xiàn)象；井下運輸巷道空間小，在架空乘人裝置與其他設(shè)備同巷布置時，拉線急停的安裝支架造成通行障礙；巷道內(nèi)無全程安全提示及語音播報裝置；礦工缺乏安全意識，未能夠按照規(guī)范安全乘坐。

針對上述安全問題，結(jié)合工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和CAN總線分散控制，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計了一套礦井架空乘人裝置遠程控制急停閉鎖系統(tǒng)來替代傳統(tǒng)的拉線式沿線急停保護裝置，實現(xiàn)礦工進入巷道時給出安全提示和語音播報，乘人裝置運行狀態(tài)的實時監(jiān)控和控制中心的狀態(tài)顯示以及出現(xiàn)緊急情況時的急停閉鎖。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

礦井架空乘人裝置遠程控制急停閉鎖系統(tǒng)由3個子系統(tǒng)：安全提示及語音報警系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、急停閉鎖控制系統(tǒng)組成[1-3]，見圖1.3個子系統(tǒng)通過本安基站和CAN總線與控制中心連接。安全提示及語音報警系統(tǒng)主要由礦用電子顯示器、語音提示器構(gòu)成，礦用電子顯示器顯示架空乘人器的運行速度、運行狀態(tài)，語音提示器對整個巷道中的礦工進行語音安全提醒和緊急情況下的礦工應(yīng)急疏散提醒。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由本安型攝像儀、速度傳感器等組成，本安型攝像儀對巷道內(nèi)的架空乘人裝置運行情況實時監(jiān)控，速度傳感器采集架空乘人裝置的運行速度。急停閉鎖控制系統(tǒng)由無線發(fā)射器、絞車控制器等組成，無線發(fā)射器安裝在架空乘人裝置吊椅上，設(shè)置有急停、呼叫兩個鍵位，無線信號發(fā)射器通過本安基站與控制中心連接，絞車控制器接收控制中心信號來控制架空乘人裝置啟停。

2 系統(tǒng)工作方案

系統(tǒng)工作方案有兩種：1) 運行過速欠速致裝置急停閉鎖。安裝在巷道內(nèi)的攝像儀和安裝在架空乘人裝置驅(qū)動輪上的速度傳感器將采集的信號通過本安基站和CAN總線發(fā)送到控制中心，控制中心對數(shù)據(jù)處理、分析架空乘人裝置運行是否過速或欠速，當(dāng)存在過速或欠速問題時，控制中心通過本安基站和CAN總線向絞車控制器發(fā)出停機閉鎖信號來執(zhí)行保護動作，架空乘人裝置制動急停閉鎖。2) 緊急情況致裝置急停閉鎖。當(dāng)?shù)V工乘坐架空乘人器過程中遇到緊急情況時，按下安裝在吊椅上的無線發(fā)射器的急

圖1 礦井架空乘人裝置遠程控制急停閉鎖系統(tǒng)圖

停鍵位，無線發(fā)射器通過本安基站和CAN總線向控制中心發(fā)出急停信號，控制中心向絞車控制器發(fā)出停機信號，絞車控制器控制架空乘人裝置急停，同時，按下無線發(fā)射器的呼叫鍵位向控制中心上報現(xiàn)場情況，便于控制中心了解現(xiàn)場信息。

3 該系統(tǒng)可實現(xiàn)功能

3.1 安全提示及語音播報功能

在巷道內(nèi)每隔100 m安裝一組礦用電子顯示器和語音提示器，接入CAN總線，接收控制中心發(fā)送的文本及語音信息并將信息實時顯示播報。文本及語音信息包括：架空乘人裝置運行速度顯示、運行狀態(tài)顯示、安全警示文字顯示、安全提醒語音播報、緊急情況時的應(yīng)急疏散播報[1].安全提示及語音播報功能圖見圖2.

圖2 安全提示及語音播報功能圖

3.2 系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測及顯示功能

速度傳感器安裝在架空乘人裝置的驅(qū)動輪上，通過CAN總線和本安基站將采集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到控制中心，控制中心對采集的信息分析處理來監(jiān)測架空乘人裝置是否存在過速或者欠速問題并通過本安型攝像儀實時監(jiān)控架空乘人裝置的運行情況。控制中心LED顯示器顯示采集到的數(shù)據(jù)信息及巷道內(nèi)的視頻信息[2].

3.3 急停閉鎖功能

無線發(fā)射器采用內(nèi)置電池供電，體積小，安裝方便，對煤礦現(xiàn)用的固定抱索和可摘掛鉤兩種架空乘人器，均可將無線發(fā)射器安裝在吊椅上，閑置時自動關(guān)機降低發(fā)射器功耗，工作時各個無線發(fā)射器作為一個獨立模塊不受其他模塊影響，每個架空乘人器均可精準(zhǔn)定位，緊急情況發(fā)生時，任一礦工按下無線發(fā)射器的急停按鈕都可將信號通過本安基站和CAN總線發(fā)送至控制中心，控制中心分析處理并將急停信號發(fā)送至絞車控制器，絞車控制器控制絞車快速制動停機，同時，控制中心快速定位故障乘人器的編號，及時對該設(shè)備進行檢修維護。架空乘人裝置運行存在過速欠速問題時,控制中心自動識別并向絞車控制器發(fā)送停機信號來完成架空乘人裝置急停。

3.4 鋼絲繩張緊力監(jiān)測功能

在架空乘人裝置運行過程中，鋼絲繩張緊力下降會導(dǎo)致打滑現(xiàn)象，選用鋼絲繩在線監(jiān)測儀在克服鋼絲繩抖動影響和采用強干擾電路克服各種無線電磁信號影響情況下對鋼絲繩的張緊力狀態(tài)進行檢測。監(jiān)測信息通過本安基站和CAN總線實時傳輸至控制中心，控制中心對監(jiān)測信息進行分析處理，若鋼絲繩的張緊力低于設(shè)定值，控制中心向絞車控制器發(fā)送停機指令使架空乘人裝置停機閉鎖。

3.5 解鎖功能

維修人員處理故障后將故障信息上報至控制中心，控制中心查看巷道內(nèi)攝像儀采集的視頻信息，確定滿足乘人裝置解鎖條件時，通過本安基站和CAN總線將運行信號發(fā)送至絞車控制器，絞車控制器控制絞車工作，恢復(fù)架空乘人裝置正常運行。

4 系統(tǒng)所取得的效果

礦井架空乘人裝置遠程控制急停閉鎖系統(tǒng)實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)的24 h監(jiān)測，乘人裝置運行狀態(tài)在巷道中的實時顯示，人性化的無線發(fā)射器安裝方式并采用獨立模塊作業(yè)提高系統(tǒng)安全性，具備多種情況下架空乘人裝置急停閉鎖，能夠?qū)崿F(xiàn)鋼絲繩張緊力的在線監(jiān)測，控制中心的數(shù)據(jù)信息和視頻信息顯示功能確保在礦工做好準(zhǔn)備的前提下恢復(fù)裝置再運行。該系統(tǒng)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)遠程化控制，提升了設(shè)備故障查詢效率，降低維修成本，提高了井下人員運輸?shù)闹悄芑?，保障了礦工的生命安全。