架空乘人间距控制装置研究

朱昆鹏

（山西焦煤集团有限责任公司官地煤矿运输区， 山西 太原 030022）

引言

煤矿开采作业的特殊性决定了煤矿企业管理上规范制度的严格性，对井下工作人员架空乘车过程中的规范化管理，可极大避免设备对乘车人员造成磕碰伤亡情况。因此，对架空乘人设备进行间距控制设计，设计监控平台规范人员的输送过程，可避免安全隐患事故的发生，也促进了煤矿企业的规范化管理。

1 山西某矿架空乘人装置概况

山西某煤矿使用架空乘人装置进行井下工作人员的输送作业，分别安装于轨道上山，运输下山处，其中轨道上山长度600 m 左右，平均坡度20°，安装RJKZ55-35/1500U（A）型号的架空乘人装置；运输下山长度330 m，平均坡度17°，安装RJZ75-35/1500U（A）型号架空乘人装置。在实际应用过程中经常发生吊椅磕碰乘车人员的现象，安全隐患较为严重，按照煤矿安全规程规定现有乘人装置应确保两吊椅之间间距不小于6 m，因此对架空乘人器进行间距控制研究，可极大避免因人员伤亡情况的发生，架空乘人间距控制装置见如图1 所示。通过在传统架空乘人装置乘车点位之间增加微动开关以及指示灯，实现对架空乘人吊椅之间的间距进行控制的目的。对于指令的下达以及指示灯信号的识别可通过PLC 控制器以及信息传感器来实现。

2 间距控制设计

2.1 设计原理

如图1 所示，通过在索道上设计微动开关以及指示灯来实现对乘车间距的控制，两者的电控采用PLC 可编程技术进行控制，利用延迟反应程序设计一个10 s 的延迟反应，乘车人员在乘车位a 上车后向前进行输送，到乘车点b 后指示灯变化，此时两组吊椅之间的距离相差12 m，乘车位a 处的下一乘车人员开始乘车运行，以此进行人员的循环输送工作。架空乘人装置在人员进行上下时会进行自动识别，前一人员到达下一乘车点位后，新的乘人人员才可上车进行输送，两乘车点位之间的距离设计与吊椅之间的设计相同为12 m，可避免因工作人员的私自调节吊椅造成间距的变化。当前一人员通过乘车点位后指示灯会发生变化，在传感器受到指示灯变化指令后便可控制微动开关进行通电反应实现后一吊椅的运行效果，以此来实现对人员的往返输送。

图1 架空乘人间距控制装置简图

其中指示灯亮起时控制微动开关同步进行断电通电工作，达到对吊椅的同步控制效果。若存在人员进行违规操作吊椅运行或间距出现异常时，设计的延迟运行系统可启动保护程序，索道将停止运行，从而对乘车间距严格控制。在进行人员输送过程中严格对上下车人员进行管理，不得携带物料等设备以防发生乘车意外或超出吊椅的承受范围。同时设计监控系统可以实现对上下车人员的监督管理效果，做到全体工作人员排队等候、依次上车效果，尽可能避免乘车伤亡事故的发生而造成经济损失、人员伤亡现象。通过监控平台监督也可起到对违反规范秩序人员进行实时监督、批评处理效果。

2.2 PLC 控制监控系统设计

为实现对架空乘人装置间距控制，设计出远程监控以及故障报警系统，通过上位机以及监控室实现对架空乘人装置的启动、停车控制以及设备的自动、手动运行效果，并通过设计传感器实现对架空乘人装置间距的实时控制。其中通过PLC 指示灯颜色的变化数据采集可以实现对间距的实时控制效果，通过下位机对架空乘人装置的运行状态数据向上位机以及监控室进行传输，操控室可进行自动或手动控制，根据指示灯或架空乘人装置的运行状态进行指令控制等，具体流程如图2 所示。终端架空乘人装置通过安装PLC 控制器以及数据传感器对架空乘人装置的运行状态以及吊椅间距进行数据收集，以及对指示灯指令进行数据收集，并可通过对指示灯指令做出反应来对微控开关进行自动控制；所得数据可通过交互机向控制平台进行数据反馈，在控制平台对所得数据进行显示处理，对于架空乘人装置的运行状态以及间距等可进行实时显示，其中对于间距调整的指令可进行自动或手动处理，传感器所得数据等也可进行数据收集或填表处理，方便对架空乘人装置实时运行状态的汇报处理工作。其中系统之间的数据传输工作通过以太网进行连接处理[1]。

图2 间距控制系统设计图

2.3 控制系统硬件设计

对于下位机控制器选取S7-1500PLC 控制器，其综合性能较好，操作系统较为简易，可以通过指示灯变化来进行控制系统运行工况的判断，通过数据传输接口可以将下位机监测到的架空乘人装置间距以及运行状态数据传输至上位机监控室，实现远程控制效果。对于指令等信号的变化情况通过设计专门的信息传感器进行数据收集，并向PLC 控制器进行数据传输，方便做出调整架空乘人装置吊椅之间运行间距的指令。

对于井下特殊环境，电机设计有防爆效果，并通过Profibus 总线与下位机进行连接，当间距异常或架空乘人装置运行异常时可通过力矩与电机转速方向不一致的信号进行电能反馈，实现对故障情况的及时判断效果；同时对驱动电机的实际牵引效果进行监测可灵活根据乘车人数进行供电频率的调控，通过降低电机转速来优化电机的输出功率，起到对电能的节约效果。

2.4 控制系统软件设计

利用WinCC 软件设计控制界面，使得操作界面更为简便简洁，并通过Step7 对架空乘人装置的实时状态、吊椅之间的运行间距进行控制监测，监控室操作平台具有用户模块、功能管理模块以及终端运行状态显示三大部分，具体架构如图3 所示。用户操作模块可以实现对上位机操作权限的管理，设备维修人员以及管理人员可对软件进行信息更改以及故障处理；功能管理模块可实现通信服务、对间距控制系统进行监控管理或对采集数据进行信息调用，数据填表汇报等；终端运行状态的显示功能可以对架空乘人装置间距的实时显示以及传感器数据的实时传输效果，也可对出现间距异常情况或架空乘人装置出现工作异常情况的及时报警处理。同时设计有语音播报效果，可实现对现场架空乘人装置人员上下过程的语音播报管理以及故障的语音报警，确保设备正常有序运行[2]。

图3 监控室操作平台示意图

3 控制装置应用效果

架空乘人间距控制装置的完成，实现了架空乘人装置的长时间连续人员输送效果，运行过程中人员的安全性得到了很好的保障，井下工作人员的输送时间有了很大程度的缩减，不仅节省了工作人员的体力，也节省了设备的能耗。具体投入使用后设备的故障率大幅降低，运输管理工作也更为有序可靠，增加的监控系统可实现对故障的实时监督管理，设备运行更为安全可靠。同时将架空乘人间距控制在12 m 的范围，符合了国家煤矿安全规程中乘人间距的规定，整体投入较低，降低了工作人员因设备磕碰造成的伤亡情况，为煤矿带来了巨大的经济效益[3]。

4 结语

架空乘人间距控制装置的研究应用，对井下工作人员的运输带来极大的便利，使得工作人员的运输工作更为规范有序，也避免了长期以来因人员乘车上下混乱或乘车间距过小造成运输途中的磕碰伤亡情况，降低了飞车事故的发生率，极大地保障了井下工作人员的生命安全。监控控制系统更为完善，实现了从地面控制室对架空乘人装置终端的控制监督效果，为煤矿企业的规范化管理提供了便利。