斜井架空乘人裝置的自動(dòng)控制

苗習(xí)生

【摘 要】現(xiàn)有斜井架空乘人裝置大都沒有設(shè)置緊急停車裝置,利用本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)煤礦斜井架空乘人裝置正常停車、自動(dòng)停車、緊急停車功能的全自動(dòng)控制,從而保證煤礦斜井架空乘人裝置的安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】斜井架空乘人裝置 自動(dòng)控制 工作原理

一、問題的提出

斜井架空乘人裝置主要由機(jī)頭驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)尾拉緊裝置、牽引鋼絲繩、乘人吊座、托輪裝置組成,俗稱猴車。

為了保證猴車的安全運(yùn)行,2001年版《煤礦安全規(guī)程》中第368條規(guī)定:架空乘人裝置的驅(qū)動(dòng)裝置必須有制動(dòng)器;在其下人地點(diǎn)的前方,必須設(shè)有能自動(dòng)停車的安全裝置。全國各煤礦的猴車大部分都有制動(dòng)器;對(duì)于自動(dòng)停車裝置,到目前為止,仍有相當(dāng)一部分沒有設(shè)置;而對(duì)于緊急停車裝置,由于《煤礦安全規(guī)程》沒有要求,其在猴車上的應(yīng)用就很少了。因而研制具備正常停車、自動(dòng)停車、緊急停車功能的猴車自動(dòng)控制系統(tǒng)很有必要。

二、硬件選擇

1.制動(dòng)器

制動(dòng)器是實(shí)現(xiàn)正常停車、自動(dòng)停車和緊急停車的前提,制動(dòng)器選擇是否合理是關(guān)系到猴車能否安全運(yùn)行的主要因素。制動(dòng)器有手動(dòng)制動(dòng)器、電氣制動(dòng)器、電磁鐵制動(dòng)器等。

(1)手動(dòng)制動(dòng)器,發(fā)生事故時(shí)不能及時(shí)停車,造成擠傷乘人的事故不止一次發(fā)生。因此,不應(yīng)采用手動(dòng)制動(dòng)器。

(2)電氣制動(dòng)器。當(dāng)猴車斷電停車時(shí),取自礦用防爆照明變壓器的127V交流電,經(jīng)半波整流輸送到電動(dòng)機(jī)兩相繞組中,實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)。這種做法在正常情況下可采用,但全礦井下突然停電情況下,電氣制動(dòng)就不會(huì)起到制動(dòng)作用,這時(shí)猴車吊座就會(huì)在重力作用下向下加速運(yùn)行,越來越快,從而造成乘坐人員的混亂。在混亂中乘坐人員就會(huì)慌不擇路,匆忙下車,因而就難免受到傷害。這正是電氣制動(dòng)的致命缺陷。

(3)電磁鐵制動(dòng)器。電磁鐵制動(dòng)器具有很高的可靠性。當(dāng)電磁鐵有電時(shí),制動(dòng)閘松開制動(dòng)輪,從而使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行;當(dāng)電磁鐵斷電時(shí),制動(dòng)閘抱緊制動(dòng)輪,從而進(jìn)行制動(dòng)。由于猴車運(yùn)行速度很低(《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定:架空乘人裝置的速度不得超過1.2m/s),即使猴車突然停車,也不會(huì)造成事故,因此沒有必要控制制動(dòng)速度與制動(dòng)距離。

電磁鐵取自猴車的電源。當(dāng)猴車開車時(shí),電磁鐵迅速打開,電動(dòng)機(jī)運(yùn)行;當(dāng)猴車停車時(shí),電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行,同時(shí)電磁鐵斷電,進(jìn)行制動(dòng)。如遇礦井下突然停電,電磁鐵由于斷電同樣可以安全制動(dòng)。某礦井下采用電磁鐵制動(dòng)器多年,至今運(yùn)行狀態(tài)良好。

2.自動(dòng)停車裝置

自動(dòng)停車裝置,有多種控制形式。根據(jù)所選用的傳感器的不同,所形成的控制電路也不同,相關(guān)的機(jī)械部件也不同。

(1)由永久磁鋼和干簧管組成的傳感器。以永久磁鋼和干簧管組成傳感器,形成控制電路,分別布置于斜井坡頭、坡底的上車、下車地點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)了無人乘坐自動(dòng)停車、在下車地點(diǎn)人未下車自動(dòng)停車的功能。

(2)紅外線傳感器。由于紅外線傳感器沒有電接點(diǎn),因此其具有靈敏、可靠、使用壽命長的特點(diǎn)。紅外線傳感器布置于斜井坡頭、坡底的下人地點(diǎn)的前方。利用紅外線傳感器,可以設(shè)計(jì)出符合要求的控制電路,形成獨(dú)特的自動(dòng)停車裝置。

3.緊急停車裝置

猴車在運(yùn)行過程中發(fā)生事故怎么辦?這就需要緊急停車裝置。根據(jù)實(shí)際情況,可在斜井的左側(cè)和右側(cè)各設(shè)置一條控制用鋼絲繩,也可在上行與下行鋼絲繩的中間僅設(shè)置一條控制用鋼絲繩,高度以乘坐人員伸手能抓住為標(biāo)準(zhǔn)。鋼絲繩每100m分成一段,在每段中間可設(shè)置幾處鋼絲繩滑輪。每段與其它部分截開,每段一端用彈簧拉緊,并有一常開電接點(diǎn)。在巷道內(nèi)設(shè)置與控制電路相連的多芯電纜,多芯電纜與這些接點(diǎn)相連。當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí),乘坐人員可及時(shí)拉這些鋼絲繩,使接點(diǎn)閉合,從而實(shí)現(xiàn)緊急停車。

4.計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的核心。從性能價(jià)格比考慮采用Intel公司的MCS-51系列的8031單片機(jī)。該機(jī)有以下特點(diǎn):具有功能很強(qiáng)的8位中央處理單元(CPU);片內(nèi)有時(shí)鐘發(fā)生電路(6MHz或12MHz),每執(zhí)行一條指令時(shí)間為2μs或lμs;片內(nèi)具有128字節(jié)RAM;具有21個(gè)特殊寄存器;可擴(kuò)展64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K字節(jié)的外部程序存儲(chǔ)器;具有4個(gè)I/O口,32根I/O線;具有2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;具有5個(gè)中斷源,配備2個(gè)中斷優(yōu)選級(jí);具有一個(gè)全雙功串行接口;具有位尋址能力,適用邏輯運(yùn)算。這種芯片集成度高、功能強(qiáng),只需增加少量外圍器件就可以構(gòu)成一個(gè)完整的微機(jī)系統(tǒng)。

由8031單片機(jī)組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

三、軟件設(shè)計(jì)

軟件采用匯編語言設(shè)計(jì),模塊化結(jié)構(gòu)。軟件主要由初始化模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、程序監(jiān)控器復(fù)位程序、中斷服務(wù)程序、數(shù)據(jù)處理及數(shù)字濾波等通用子程序組成。系統(tǒng)軟件工作流程如圖2所示。

四、工作原理

系統(tǒng)在工作時(shí),計(jì)算機(jī)不斷在檢測開車信號(hào)、自動(dòng)停車信號(hào)、緊急停車信號(hào)。

本系統(tǒng)在斜井坡頭、坡底的上人地點(diǎn),設(shè)有開車信號(hào)按鈕。在上車地點(diǎn)前10m處設(shè)置一傳感器,當(dāng)乘坐人員通過時(shí),發(fā)出電信號(hào)。此信號(hào)做為開車信號(hào)處理。如此設(shè)置是為了防止在猴車運(yùn)行過程中,有人忘記按開車按鈕,坐至坡中間而停車現(xiàn)象的發(fā)生。人員在乘車地點(diǎn)上車前,按下開車信號(hào)按鈕。此信號(hào)傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作,猴車開動(dòng),同時(shí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行延時(shí)處理,當(dāng)延時(shí)完成后,計(jì)算機(jī)發(fā)出指令,猴車停車。延時(shí)時(shí)間的長短以大于乘人單程運(yùn)行時(shí)間10-20s為宜。

在猴車運(yùn)行時(shí),如果在下人地點(diǎn)有人未下來.設(shè)置于下車地點(diǎn)前方的傳感器發(fā)出信號(hào),經(jīng)計(jì)算機(jī)處理,指令猴車停車。當(dāng)此信號(hào)消失后,如果行車延時(shí)還未完成,則猴車?yán)^續(xù)運(yùn)行。

在猴車運(yùn)行過程中,如果有緊急停車信號(hào),則計(jì)算機(jī)指令猴車停車,并發(fā)出警報(bào)。在此種情況下,開車信號(hào)不再起作用,只有等有關(guān)人員查明原因,進(jìn)行處理,對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)位后,系統(tǒng)才能重新開始工作。

五、結(jié)束語

利用本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)煤礦斜井架空乘人裝置全自動(dòng)控制。較人員操縱系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):安全系數(shù)高,減少了設(shè)備的無效運(yùn)行時(shí)間,從而減少了設(shè)備機(jī)械磨損,減少了事故發(fā)生的概率,又節(jié)約了人員與電能,降低了生產(chǎn)成本。因而,采用自動(dòng)控制系統(tǒng)是一舉多得的事情。