架空乘人間距控制裝置研究

朱昆鵬

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司官地煤礦運(yùn)輸區(qū)， 山西 太原 030022）

引言

煤礦開采作業(yè)的特殊性決定了煤礦企業(yè)管理上規(guī)范制度的嚴(yán)格性，對(duì)井下工作人員架空乘車過程中的規(guī)范化管理，可極大避免設(shè)備對(duì)乘車人員造成磕碰傷亡情況。因此，對(duì)架空乘人設(shè)備進(jìn)行間距控制設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)監(jiān)控平臺(tái)規(guī)范人員的輸送過程，可避免安全隱患事故的發(fā)生，也促進(jìn)了煤礦企業(yè)的規(guī)范化管理。

1 山西某礦架空乘人裝置概況

山西某煤礦使用架空乘人裝置進(jìn)行井下工作人員的輸送作業(yè)，分別安裝于軌道上山，運(yùn)輸下山處，其中軌道上山長度600 m 左右，平均坡度20°，安裝RJKZ55-35/1500U（A）型號(hào)的架空乘人裝置；運(yùn)輸下山長度330 m，平均坡度17°，安裝RJZ75-35/1500U（A）型號(hào)架空乘人裝置。在實(shí)際應(yīng)用過程中經(jīng)常發(fā)生吊椅磕碰乘車人員的現(xiàn)象，安全隱患較為嚴(yán)重，按照煤礦安全規(guī)程規(guī)定現(xiàn)有乘人裝置應(yīng)確保兩吊椅之間間距不小于6 m，因此對(duì)架空乘人器進(jìn)行間距控制研究，可極大避免因人員傷亡情況的發(fā)生，架空乘人間距控制裝置見如圖1 所示。通過在傳統(tǒng)架空乘人裝置乘車點(diǎn)位之間增加微動(dòng)開關(guān)以及指示燈，實(shí)現(xiàn)對(duì)架空乘人吊椅之間的間距進(jìn)行控制的目的。對(duì)于指令的下達(dá)以及指示燈信號(hào)的識(shí)別可通過PLC 控制器以及信息傳感器來實(shí)現(xiàn)。

2 間距控制設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原理

如圖1 所示，通過在索道上設(shè)計(jì)微動(dòng)開關(guān)以及指示燈來實(shí)現(xiàn)對(duì)乘車間距的控制，兩者的電控采用PLC 可編程技術(shù)進(jìn)行控制，利用延遲反應(yīng)程序設(shè)計(jì)一個(gè)10 s 的延遲反應(yīng)，乘車人員在乘車位a 上車后向前進(jìn)行輸送，到乘車點(diǎn)b 后指示燈變化，此時(shí)兩組吊椅之間的距離相差12 m，乘車位a 處的下一乘車人員開始乘車運(yùn)行，以此進(jìn)行人員的循環(huán)輸送工作。架空乘人裝置在人員進(jìn)行上下時(shí)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，前一人員到達(dá)下一乘車點(diǎn)位后，新的乘人人員才可上車進(jìn)行輸送，兩乘車點(diǎn)位之間的距離設(shè)計(jì)與吊椅之間的設(shè)計(jì)相同為12 m，可避免因工作人員的私自調(diào)節(jié)吊椅造成間距的變化。當(dāng)前一人員通過乘車點(diǎn)位后指示燈會(huì)發(fā)生變化，在傳感器受到指示燈變化指令后便可控制微動(dòng)開關(guān)進(jìn)行通電反應(yīng)實(shí)現(xiàn)后一吊椅的運(yùn)行效果，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的往返輸送。

圖1 架空乘人間距控制裝置簡圖

其中指示燈亮起時(shí)控制微動(dòng)開關(guān)同步進(jìn)行斷電通電工作，達(dá)到對(duì)吊椅的同步控制效果。若存在人員進(jìn)行違規(guī)操作吊椅運(yùn)行或間距出現(xiàn)異常時(shí)，設(shè)計(jì)的延遲運(yùn)行系統(tǒng)可啟動(dòng)保護(hù)程序，索道將停止運(yùn)行，從而對(duì)乘車間距嚴(yán)格控制。在進(jìn)行人員輸送過程中嚴(yán)格對(duì)上下車人員進(jìn)行管理，不得攜帶物料等設(shè)備以防發(fā)生乘車意外或超出吊椅的承受范圍。同時(shí)設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上下車人員的監(jiān)督管理效果，做到全體工作人員排隊(duì)等候、依次上車效果，盡可能避免乘車傷亡事故的發(fā)生而造成經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡現(xiàn)象。通過監(jiān)控平臺(tái)監(jiān)督也可起到對(duì)違反規(guī)范秩序人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督、批評(píng)處理效果。

2.2 PLC 控制監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)架空乘人裝置間距控制，設(shè)計(jì)出遠(yuǎn)程監(jiān)控以及故障報(bào)警系統(tǒng)，通過上位機(jī)以及監(jiān)控室實(shí)現(xiàn)對(duì)架空乘人裝置的啟動(dòng)、停車控制以及設(shè)備的自動(dòng)、手動(dòng)運(yùn)行效果，并通過設(shè)計(jì)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)架空乘人裝置間距的實(shí)時(shí)控制。其中通過PLC 指示燈顏色的變化數(shù)據(jù)采集可以實(shí)現(xiàn)對(duì)間距的實(shí)時(shí)控制效果，通過下位機(jī)對(duì)架空乘人裝置的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)向上位機(jī)以及監(jiān)控室進(jìn)行傳輸，操控室可進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)控制，根據(jù)指示燈或架空乘人裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行指令控制等，具體流程如圖2 所示。終端架空乘人裝置通過安裝PLC 控制器以及數(shù)據(jù)傳感器對(duì)架空乘人裝置的運(yùn)行狀態(tài)以及吊椅間距進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，以及對(duì)指示燈指令進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，并可通過對(duì)指示燈指令做出反應(yīng)來對(duì)微控開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)控制；所得數(shù)據(jù)可通過交互機(jī)向控制平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋，在控制平臺(tái)對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示處理，對(duì)于架空乘人裝置的運(yùn)行狀態(tài)以及間距等可進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，其中對(duì)于間距調(diào)整的指令可進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)處理，傳感器所得數(shù)據(jù)等也可進(jìn)行數(shù)據(jù)收集或填表處理，方便對(duì)架空乘人裝置實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的匯報(bào)處理工作。其中系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸工作通過以太網(wǎng)進(jìn)行連接處理[1]。

圖2 間距控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

2.3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

對(duì)于下位機(jī)控制器選取S7-1500PLC 控制器，其綜合性能較好，操作系統(tǒng)較為簡易，可以通過指示燈變化來進(jìn)行控制系統(tǒng)運(yùn)行工況的判斷，通過數(shù)據(jù)傳輸接口可以將下位機(jī)監(jiān)測(cè)到的架空乘人裝置間距以及運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)監(jiān)控室，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制效果。對(duì)于指令等信號(hào)的變化情況通過設(shè)計(jì)專門的信息傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，并向PLC 控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，方便做出調(diào)整架空乘人裝置吊椅之間運(yùn)行間距的指令。

對(duì)于井下特殊環(huán)境，電機(jī)設(shè)計(jì)有防爆效果，并通過Profibus 總線與下位機(jī)進(jìn)行連接，當(dāng)間距異?；蚣芸粘巳搜b置運(yùn)行異常時(shí)可通過力矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速方向不一致的信號(hào)進(jìn)行電能反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障情況的及時(shí)判斷效果；同時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)際牽引效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)可靈活根據(jù)乘車人數(shù)進(jìn)行供電頻率的調(diào)控，通過降低電機(jī)轉(zhuǎn)速來優(yōu)化電機(jī)的輸出功率，起到對(duì)電能的節(jié)約效果。

2.4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

利用WinCC 軟件設(shè)計(jì)控制界面，使得操作界面更為簡便簡潔，并通過Step7 對(duì)架空乘人裝置的實(shí)時(shí)狀態(tài)、吊椅之間的運(yùn)行間距進(jìn)行控制監(jiān)測(cè)，監(jiān)控室操作平臺(tái)具有用戶模塊、功能管理模塊以及終端運(yùn)行狀態(tài)顯示三大部分，具體架構(gòu)如圖3 所示。用戶操作模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上位機(jī)操作權(quán)限的管理，設(shè)備維修人員以及管理人員可對(duì)軟件進(jìn)行信息更改以及故障處理；功能管理模塊可實(shí)現(xiàn)通信服務(wù)、對(duì)間距控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理或?qū)Σ杉瘮?shù)據(jù)進(jìn)行信息調(diào)用，數(shù)據(jù)填表匯報(bào)等；終端運(yùn)行狀態(tài)的顯示功能可以對(duì)架空乘人裝置間距的實(shí)時(shí)顯示以及傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸效果，也可對(duì)出現(xiàn)間距異常情況或架空乘人裝置出現(xiàn)工作異常情況的及時(shí)報(bào)警處理。同時(shí)設(shè)計(jì)有語音播報(bào)效果，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)架空乘人裝置人員上下過程的語音播報(bào)管理以及故障的語音報(bào)警，確保設(shè)備正常有序運(yùn)行[2]。

圖3 監(jiān)控室操作平臺(tái)示意圖

3 控制裝置應(yīng)用效果

架空乘人間距控制裝置的完成，實(shí)現(xiàn)了架空乘人裝置的長時(shí)間連續(xù)人員輸送效果，運(yùn)行過程中人員的安全性得到了很好的保障，井下工作人員的輸送時(shí)間有了很大程度的縮減，不僅節(jié)省了工作人員的體力，也節(jié)省了設(shè)備的能耗。具體投入使用后設(shè)備的故障率大幅降低，運(yùn)輸管理工作也更為有序可靠，增加的監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的實(shí)時(shí)監(jiān)督管理，設(shè)備運(yùn)行更為安全可靠。同時(shí)將架空乘人間距控制在12 m 的范圍，符合了國家煤礦安全規(guī)程中乘人間距的規(guī)定，整體投入較低，降低了工作人員因設(shè)備磕碰造成的傷亡情況，為煤礦帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

4 結(jié)語

架空乘人間距控制裝置的研究應(yīng)用，對(duì)井下工作人員的運(yùn)輸帶來極大的便利，使得工作人員的運(yùn)輸工作更為規(guī)范有序，也避免了長期以來因人員乘車上下混亂或乘車間距過小造成運(yùn)輸途中的磕碰傷亡情況，降低了飛車事故的發(fā)生率，極大地保障了井下工作人員的生命安全。監(jiān)控控制系統(tǒng)更為完善，實(shí)現(xiàn)了從地面控制室對(duì)架空乘人裝置終端的控制監(jiān)督效果，為煤礦企業(yè)的規(guī)范化管理提供了便利。