架空乘人裝置安全保護運行的可靠性研究

孫兆軍 李 軍

（肥城礦業集團有限責任公司，山東 肥城271608）

1 架空乘人裝置現狀及解決的技術關鍵

隨著當代采礦技術的不斷發展，對機械運人裝置的要求也在不斷提高，實現人員運輸機械化是煤礦井下的一項重要安全措施，對于減輕井下職工的體力消耗節省上下班路途時間和礦井安全生產有著重大的意義。

隨著架空乘人裝置（俗稱“猴車”）的廣泛應用，架空乘人裝置的安全性越來越引起人們的高度重視；為接受國內發生的井下架空乘人裝置運行事故教訓，對事故發生的原因，經仔細分析、排查、研究，發現礦井現用很多架空乘人裝置在安全保護設計上存在缺陷，運行中存有安全隱患，提出此解決方案，對其進行系統改造，增加相關保護、閉鎖功能，使其安全可靠的運行。

目前架空乘人裝置存在的安全保護功能不足、動作不夠靈敏的缺點，主要是缺少：與速度相關的一些保護功能；沿途未安裝急停裝置；驅動輪無制動裝置；不能實現無人值守功能。

針對上述問題，添加相關設備、部件，配以修改的PLC控制程序，在留有原保護的基礎上，增加過、欠速保護、反轉保護、驅動輪制動等安全保護，使其保護功能更加完善。

2 解決的技術途徑

2.1 與速度相關的保護功能

在電機軸、驅動輪和壓繩輪上分別安裝旋轉軸編碼器，將它們采集的脈沖信號送入PLC，通過程序處理，變成歸整的速度值，時刻監測三個部位的速度，以電機軸速為基準，對其兩兩比較，可以判斷運行狀況。如將電機軸與驅動輪的速度比較，可以判斷是否發生斷軸事故；將電機軸與壓繩輪的速度比較，可判斷是否發生滑繩現象。由于架空乘人裝置始終是單向運行，還可根據軸編碼器輸出的正反轉信號，來判別是否發生反轉。

正常運行時各部位的速度應該在短暫的時間里、很小的范圍內變動，在此規定速度的允許變動范圍在10%-15%，時間限定在5秒之內（變動范圍和時間限定可根據現場實際情況調整），在此范圍和時間內，各部位出現的速度波動可認為是正常擾動，保護不動作。當任一部位的速度波動超出允許變動范圍和限定時間，則可判定發生事故或出現不正常運行情況，電控系統保護動作斷電，制動閘抱閘，迅速停車制動。

2.2 沿途安設急停裝置

人行上下山沿途分段安設緊急停車裝置，可在發生意外和緊急情況下，就地按動急停開關，停車信號送至主機柜，主機柜控制架空乘人裝置斷電，制動閘抱閘，停車制動，急停開關按下后無法自動彈回，排除險情后，需人工旋轉使其復位，方可開車。

安設的緊急停車裝置由主機柜和多個急停開關組成，主機柜放置在架空乘人裝置控制柜旁邊，能夠顯示各個急停開關的動作情況，便于工作人員快速查看沿線情況。急停開關沿人行下山分段布置，安裝于巷道一側。主機柜和各急停開關裝有通話裝置，在控制車房內可與各急停開關處方便通話，了解沿線情況。

2.3 驅動輪制動裝置

架空乘人裝置原有一液壓制動裝置，安裝在電機和減速箱之間的對輪上，安裝位置決定它在減速箱內和減速箱與驅動輪的連接軸發生斷軸事故后，無法對整個裝置實施安全可靠的制動，為一嚴重隱患。在對電控系統改造的同時，在驅動輪上安裝一副制動閘瓦，它的動作和原有的液壓制動裝置一致，當啟動架空乘人裝置時，兩副閘同時打開，經過很短的延時后主電機起動，架空乘人裝置進入運行。當按下停止按鈕或保護動作后，首先切斷主電機電源，兩副閘隨后立即動作，同時抱閘，迅速制動。

2.4 自動實現怠速運行和高速運行相互轉換

采用紅外人員感應器，通過紅外感應人員的上、下車情況，自動實現怠速運行和高速運行相互轉換。架空乘人裝置正常運行時，通過上下山紅外人員感應器感應到人員上車后，給三菱可編程控制器輸入點發出一個上升觸發信號，使可編程控制器輸出一個高速控制信號，進而控制中間繼電器，將其斷電，使其常閉點閉合，從而使變位電阻接通輸出高速頻率，進而使電機在高速狀態運行。

當感應器感應不到人員上車，并且經過三菱可編程控制器內計時器定時12min后，給三菱可編程控制器輸入點一個下降觸發信號，使可編程控制器輸出低速控制信號，進而控制中間繼電器吸合，使其常開點閉合，使變位電阻接通，從而輸出低速頻率，進而使電機在低速狀態運行。

3 技術優勢

利用旋轉軸編碼器，以電機軸速為基準，采集電機軸、驅動輪和壓繩輪運行的脈沖信號送入PLC，通過程序處理，變成歸整的速度值，時刻監測三個部位的速度，判斷架空乘人裝置運行狀況。由于架空乘人裝置始終是單向運行，還可根據軸編碼器輸出的正反轉信號，來判別是否發生反轉。一旦出現異常，PLC切斷電動機電源，驅動輪液壓制動閘和安裝在電機與減速箱之間的對輪上液壓閘的動作，從而實現斷軸保護、滑繩保護、過欠速保護、反轉保護。這種速度檢測和控制技術，準確、穩定、可靠、安全。

嵌入式系統、可靠的現場CAN總線技術，加上豐富的系統接口，構成了KTC101系統。KTC101系統是具集控、檢測、保護、通話、語言報警于一體的控制系統。系統采用了先進的工業嵌入式計算機（PC340）控制和現場CAN總線技術，完成集中＋分布式控制，兩條控制沿線不需要中繼；主控采用10.4吋液晶顯示屏，以彩色圖形、動畫、漢字的形式給出設備各種狀態，無論是參數設定還是故障位置均以漢字顯示；除電源箱外，系統其他所有部件均為本質安全型設備，從而使系統的密封至少達到了IP54標準，接插件達到了IP67。利用其操作簡單、維護方便、抗干擾、高兼容性、隔爆等特點，應用于架空乘人裝置也屬國內首次。

4 應用效果

項目投入使用后，縮短了職工上下班步行距離，減少職工的體力消耗；乘員乘坐安全舒適，系統起停平穩，運輸運行，無沖擊，運行噪音小，操作簡便；系統自動化程度高，系統維護量小，易于管理；通過調整參數，方便地進行工作方式的切換，為設備檢修提供方便；具有先進性、通用性、升級簡單等特點，可接入防過人保護，防掉繩保護，松繩保護，拉線急停功能；可實現架空乘人裝置的沿途通訊、沿線急停、過欠速保護、斷軸保護、滑繩保護、反轉保護等多種安全保護。速度檢測和控制技術，準確、穩定、可靠、安全，應用范圍廣，使架空乘人裝置的運行更安全、更可靠。