无人值守智能控制矿井架空人车系统的设计与实现

刘 妍

（中煤科工集团太原研究院，山西太原030006）

1 年产原煤120 万t／a 以下矿井人员运送系统的现状

大部分年产原煤120 万t／a 及以下的矿井，副斜井及井下暗斜井人员运送系统采用架空人车，见图1。一般人车架设的长度及倾角依据井筒而定，几百米至两千多米，倾角小于30°。同时也有将副斜井架空人车与下料绞车合为一井，架空人车与下料绞车在控制上相互闭锁，由井口把钩工发送绞车控制信号。乘坐该系统的人员大多为井下工作人员。由于井下工作的特殊性，该系统的乘坐人员在交接班时间集中入井、出井外，其他时间工作人员也需要乘该系统上下井。因此，架空人车的运行时间不易撑控，造成交接班时间段出入井人多而车少的人等车局面，其他时间车多人少的系统空运行局面，造成了机电方面的浪费。特别是对于三八制作业的矿井，架空人车除检修班停车检查、维护、检修外，其他时间基本处于运行状态，形成空载运行时间较长，电能损耗大，设备磨损快，运行不经济的问题。随着科技的进步，逻辑控制器的普及，为人工智能的矿井架空人车系统的开发，提供了技术基础和前提保障。

图1 斜井架空人车示意图

2 无人值守矿井架空人车系统智能控制部分的设计方案

2.1系统的硬件构成

该系统采用西门子PLC S7-300 系列的315DP-2 可编程逻辑控制器作为CPU，由开关量输入输出模块、通信模块以及前端具有485 通信功能的射频数据采集器等构成。分布在前端各乘车点的射频器（隔爆传感器）读取数据后，通过485 通信线把采集数据发送到PLC 的通信模块，由CPU 对数据进行处理，输出相应的控制信号，控制变频器的输出频率，从而改变驱动电机的转速，实现架空人车正常运行和维护检修时的速度控制。同时，把具有身份识别功能的射频卡数据上传到调度室的中央控制系统。

2.2物理接线

无人值守架空人车智能控制系统物理接线，见图2。

根据井下工作实际情况的需要，架空人车系统设计有乘人坐椅越位保护、断绳抓捕保护、过速欠速保护、紧急拉线停车保护、变坡点转弯处掉绳保护、机尾拉紧重锤低位保护等。

3.2.1 乘人坐椅越位保护

人员乘坐吊椅进入驱动装置的机头或机尾乘人站处，人员应离开吊椅，否则可能导致牵引钢丝绳落道，造成伤人事故。为此，在乘人站极限位置处装设有吊椅越位保护。该越位保护为限位开关，越位保护动作时，PLC 读入开关量自动停车，并启动声光报警及语音提示。

3.2.2 断绳抓捕保护

架空人车通常装设在倾斜30°及以下的巷道中，根据需要装设断绳抓捕保护，提高运行的安全性。断绳抓捕装置动作抓捕断裂钢丝绳的同时，行程开关闭合，PLC 读取开关量后，该架空人车系统自动停止运行，启动声光报警及语音提示。

3.2.3 过速、欠速保护

架空人车装置应设有在等速运行中过速（为额定速度）和低于的速度保护。由速度传感器检出速度信号，经信号处理电路处理后，由485 口发送到PLC 进行数据处理并启动保护程序，启动声光报警及语音报警。

3.2.4 紧急拉线停车保护

在架空人车的巷道中，沿牵引钢丝绳中间，一般距离地面1.0 m ～1.2 m 高的地方，接连安装为50 m 的φ6 mm 不锈钢丝绳，钢丝绳的一端接紧急拉线隔爆开关，在紧急情况下，乘坐人员拉动此钢丝绳，行程开关闭合，PLC 读取开关量，调用相应的模块进行系统急停控制，并启动声光和语音报警。

3.2.5 变坡点和转弯处掉绳保护

当变坡点和转弯处的压绳轮安装中线位移、牵引钢丝绳张力减小、托压绳轮衬套磨损等因素，可能造成在变坡点和转弯处钢丝绳从托绳轮上掉下，形成安全隐患。如有上述因素出现，掉绳保护开关发出掉绳保护动作信号，PLC 读取该信号后调用相关模块，停止该系统运行并启动声光报警信号。

3.2.6 机尾拉紧重锤低位保护

当拉紧重锤由于牵引钢丝绳的拉长而下降至一定高度位置时，隔爆限位开关动作，发出停止命令，PLC 读取该信号后调用相关模块，对系统停车后启动声光报警信号。

3.2.7 拖动电动机过流保护

拖动电动机应设有过载保护、单相运行保护和堵转保护。

上述故障排除后，按下操作台上的“复位”按钮，系统复位，可重新起动。

3 结语

无人值守智能架空人车系统，在有关矿井投入半年试运行，用户评价系统设计合理，运行稳定，完全智能，保护装置安全可靠，适用于矿井复杂环境。该系统完全可以根据人员乘坐的需要，有人乘坐时自动开机，无人乘坐时停止，安全可靠，节能经济。

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