架空乘人裝置智能化無人值守系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

徐 琛

（晉能控股集團(tuán)微子鎮(zhèn)煤業(yè)，山西 長(zhǎng)治 046000）

1 工程概況

晉能控股集團(tuán)微子鎮(zhèn)煤業(yè)主斜井斜長(zhǎng)561 m，半圓拱斷面，凈寬4.8 m，凈高3.8 m，凈斷面積15.77 m2，傾角23°，落底標(biāo)高+775.3 m，直接落底15 號(hào)煤層。井筒內(nèi)一側(cè)布置1 部DTC100/45/2×250 型帶式輸送機(jī)，另一側(cè)布置1 部RJKY45-25/1000 型可摘掛架空乘人裝置。該裝置繩徑20 mm，鋼絲繩牽引力38.125 kN，電機(jī)功率45 kW，適應(yīng)最大坡度25°，運(yùn)行速度1.08 m/s，軟啟動(dòng)，同時(shí)乘坐人員108 人，乘人間距12 m，最大輸送效益388 人/h。

在主斜井架空乘人裝置機(jī)頭位置安裝有操作臺(tái)，每班安排有1 名崗位工對(duì)設(shè)備進(jìn)行開?？刂啤Ｒ酝跓o人乘車情況下架空乘人裝置也保持運(yùn)行狀態(tài)，造成設(shè)備過度磨損、浪費(fèi)電能，設(shè)備各種保護(hù)傳感器動(dòng)作不靈敏?；谝陨锨闆r，對(duì)RJKY45-25/1000 型架空乘人裝置進(jìn)行升級(jí)改造[1-6]，實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化自動(dòng)化無人值守運(yùn)行。

2 智能化無人值守系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 智能化無人值守系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

架空乘人裝置集中控制實(shí)現(xiàn)無人值守、集中控制運(yùn)行，采用PLC 控制器為控制器件。PLC 控制器通過CAN 總線對(duì)架空乘人裝置電控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集、通信、控制等運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)越位、防脫繩、變坡點(diǎn)防掉繩、機(jī)頭斷軸檢測(cè)、急停、張緊力下降、超速等傳感器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；地面集控中心對(duì)監(jiān)測(cè)采集信息進(jìn)行分析處理，對(duì)架空乘人系統(tǒng)進(jìn)行智能化無人值守運(yùn)行控制及安全保護(hù)，保證架空乘人裝置運(yùn)行的安全性和可靠性。智能化無人值守系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)如圖1。

圖1 智能化無人值守系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

架空乘人裝置智能化無人值守系統(tǒng)由地面集中控制中心、PLC 控制網(wǎng)絡(luò)和智能感知平臺(tái)組成。地面集中控制由中心操作臺(tái)、PLC 控制柜、上位工控計(jì)算機(jī)、組態(tài)王軟件、通信單元、架空乘人裝置保護(hù)裝置等部件組成，對(duì)架空乘人裝置運(yùn)行系統(tǒng)集中監(jiān)視。PLC 控制網(wǎng)絡(luò)對(duì)架空乘人裝置直接控制與管理。智能感知平臺(tái)對(duì)架空乘人裝置運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，對(duì)設(shè)備各種保護(hù)信號(hào)的采集與傳輸，采用通信電纜將井下PLC 控制分站與地面計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接通信。

2.2 架空乘人裝置智能感知平臺(tái)的構(gòu)建

架空乘人裝置智能感知平臺(tái)主要是模擬人類視覺感知能力，為無人值守系統(tǒng)自主智能平臺(tái)提供感知算法的驗(yàn)證工作，對(duì)“PLC 控制器+CAN 總線通信技術(shù)”進(jìn)行結(jié)合，實(shí)施一體化的視頻、音頻傳輸和信息檢測(cè)智能管理平臺(tái)。具有遠(yuǎn)程操控、自動(dòng)監(jiān)控、遠(yuǎn)程故障診斷、綜合保護(hù)功能。

2.2.1 架空乘人裝置遠(yuǎn)程操控平臺(tái)的構(gòu)建

在地面構(gòu)建架空乘人裝置遠(yuǎn)程操控平臺(tái)，通過安設(shè)架空乘人裝置集控系統(tǒng)，綜合智能感知、遠(yuǎn)程故障診斷、綜合保護(hù)技術(shù)、智能集控技術(shù)實(shí)施智能化無人值守作業(yè)，架空乘人裝置運(yùn)行狀態(tài)信息及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和人員信息可以實(shí)時(shí)地反映在地面集控中心計(jì)算機(jī)顯示器上。工作人員在地面集控中心能夠?qū)嵤┻h(yuǎn)程一鍵式啟停、故障自動(dòng)修復(fù)等操作。在架空乘人裝置關(guān)鍵區(qū)域（上下人地點(diǎn)、機(jī)頭機(jī)尾下車點(diǎn)、變坡點(diǎn)和拐彎點(diǎn)等）進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視，實(shí)時(shí)監(jiān)視各關(guān)鍵區(qū)域原運(yùn)行狀態(tài)及現(xiàn)場(chǎng)安全情況，有效防范設(shè)備安全事故的發(fā)生，為安全事故的處理提供依據(jù)。

2.2.2 架空乘人裝置綜合保護(hù)技術(shù)的構(gòu)建

PLC 控制器通過CAN 總線對(duì)架空乘人裝置電控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集、通信、控制等運(yùn)行過程中的情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在架空乘人裝置上安裝有各種保護(hù)傳感器，檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀況，將采集到的信息上傳到PLC 控制單元。PLC 控制器對(duì)采集到的信息經(jīng)分析處理后，通過程序處理與主驅(qū)動(dòng)控制進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過聲光語言廣播系統(tǒng)做出預(yù)警。

主斜井架空乘人裝置保護(hù)系統(tǒng)傳感器配置情況：越位保護(hù)傳感器2 個(gè)，防脫繩保護(hù)傳感器6 個(gè)，變坡點(diǎn)防掉繩保護(hù)傳感器4 個(gè)，機(jī)頭斷軸檢測(cè)保護(hù)傳感器1 個(gè)，打滑保護(hù)傳感器1 個(gè)，急停保護(hù)傳感器1 個(gè)，張緊力下降保護(hù)傳感器1 個(gè)，超速保護(hù)傳感器1 個(gè)。

2.2.3 遠(yuǎn)程智能故障診斷技術(shù)

在地面監(jiān)控中心設(shè)置有遠(yuǎn)程智能故障診斷服務(wù)器，監(jiān)測(cè)到設(shè)備發(fā)生故障，PLC 控制器信息接入到遠(yuǎn)程智能故障診斷服務(wù)器，按流程進(jìn)行故障診斷。遠(yuǎn)程智能故障診斷系統(tǒng)工作流程如圖2。

圖2 遠(yuǎn)程智能故障診斷系統(tǒng)工作流程圖

故障問題經(jīng)遠(yuǎn)程智能故障診斷系統(tǒng)對(duì)比分析后，如果能夠自行處理則處理結(jié)束后設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行；如故障不能自行處理，采用人機(jī)交互對(duì)故障進(jìn)行錄入，為人工處理故障提供依據(jù)，處理結(jié)束后設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行。

3 實(shí)踐應(yīng)用及效果分析

3.1 實(shí)踐應(yīng)用

微子鎮(zhèn)煤業(yè)主斜井RJKY45-25/1000 型可摘掛架空乘人裝置按上述方案完成智能化無人值守系統(tǒng)的建設(shè)，傳感器安裝情況如圖3。

圖3 傳感器安裝情況

主斜井斜長(zhǎng)561 m，設(shè)備運(yùn)行速度1.08 m/s，行人運(yùn)送時(shí)間約520 s，設(shè)備運(yùn)行延長(zhǎng)時(shí)間50 s，整個(gè)設(shè)備智能化無人值守系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為570 s。當(dāng)主斜井有行人連續(xù)運(yùn)行通過時(shí)，智能化無人值守系統(tǒng)可收集到安裝的紅外傳感器采集并傳輸而來的信息，此時(shí)系統(tǒng)可以調(diào)整無人值守系統(tǒng)運(yùn)行倒計(jì)時(shí)時(shí)間，當(dāng)最后一名行人通過后設(shè)備停止運(yùn)行。若通行過程中發(fā)生停車情況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)按設(shè)定程序進(jìn)入恢復(fù)運(yùn)行階段和設(shè)備故障檢修階段，直到最后將行人安全送到目的地。架空乘人裝置智能化無人值守系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如圖4。

圖4 架空乘人裝置智能化無人值守系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

3.2 效果分析

微子鎮(zhèn)煤業(yè)主斜井架空乘人裝置智能化無人值守系統(tǒng)從2019 年8 月運(yùn)行至今，設(shè)備及智能化無人值守系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行實(shí)現(xiàn)無人值守，可滿足行人正常通行需求，設(shè)備無一起安全事故發(fā)生，設(shè)備運(yùn)行安全性和可靠性較好。該架空乘人裝置有效實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的無人值守，設(shè)備運(yùn)行中智能化自動(dòng)化程度高、信號(hào)靈敏、節(jié)能降耗，礦井輔助運(yùn)輸效率和運(yùn)輸自動(dòng)化管理水平大幅度提高。微子鎮(zhèn)煤業(yè)主斜井架空乘人裝置智能化無人值守系統(tǒng)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與應(yīng)用成功有效。

3.3 效益分析

智能化無人值守系統(tǒng)應(yīng)用后，可減少工作崗位1 人，按三班制計(jì)算，每年可節(jié)約人力資本6000×3×12=21.6 萬元；設(shè)備每班可停車3 h，三班可減少運(yùn)行9 h，設(shè)備使用電機(jī)功率45 kW，以電費(fèi)0.65 元/kWh 計(jì)算，每年可節(jié)約電費(fèi)為45×9×30×12×0.65=9.48 萬元；對(duì)比以往每年可節(jié)約設(shè)備維修材料費(fèi)用約10 萬元。智能化無人值守系統(tǒng)的改造安裝費(fèi)用為11 萬元。因此，對(duì)主斜井架空乘人裝置智能化無人值守系統(tǒng)的改造應(yīng)用具有較好經(jīng)濟(jì)效益。

架空乘人裝置智能化無人值守系統(tǒng)的應(yīng)用，有效提高了礦井的智能化和自動(dòng)化水平，設(shè)備運(yùn)行安全可靠，無一起安全事故發(fā)生。設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，故障率降低，大幅度改善了行人的通行環(huán)境。