斜巷防跑车控制系统的研制

姚 远，张 峰

(1.皖铜陵天奇蓝天机械设备有限公司，安徽 铜陵 244061;2.皖淮北矿业集团杨柳煤业有限公司，安徽 淮北 235119)

斜巷防跑车装置安装于运输斜井段，可以减少斜巷运输过程中由于发生跑车、断绳等造成的事故损失，实现安全准确地制动，斜巷防跑车装置根据挡车栏工作状态分为常闭式和常开式。常闭式即在矿车正常工作时，挡车栏均为关闭状态，当矿车正常运行时，挡车栏接受指令正常打开，矿车安全通过;常开式指在矿车发生跑车、断绳、脱钩等安全事故时，控制系统控制挡车栏放下，阻拦矿车，蓄能器作用，实现矿车的安全制动。为保证防跑车装置的可靠性及准确性，常采用常闭式一坡三挡的斜巷防跑车结构。

1 装置整体设计

安全可靠的斜巷防跑车装置可以时刻监控矿车运行状况，准确判断矿车是否安全运行，减少井下作业事故率的发生，保障作业的安全性，减少财产损失及人员伤亡。新型常闭式一坡三挡的斜巷防跑车装置见图1，在斜井距井口、井底s处及斜井段中间位置分别安装一套防跑车装置，一坡三挡的结构可以有效实现跑车制动，防跑车装置主要由平巷阻车器、蓄能器、挡车栏及控制系统组成。平巷阻车器按操纵方式不同有手动式、机械式及电气式，该装置采用机械式重锤自动复位式阻车器，可以保障平巷阶段的正常安全运行;蓄能器种类繁多，包括压板式、楔形块式、弹簧式及多盘式，综合各种类型的优缺点，其中压板式蓄能器具有结构简单，安装方便，制动效果好等优点，常采用由上、下压板构成的压板式蓄能器;控制系统是该装置的重要组成部分，合理的控制系统可以有效地监控矿车运行情况，及时处理突发事故。该控制系统主要由传感器、监控装置及PLC等组成，可以准确有效地保障矿车的正常运行，并对突发事故及时动作，可大大提高井下作业的安全性。

图1 斜巷防跑车装置示意图

2 监控设备

2.1 摄像头

在煤矿安全规程中明确指出“行人不行车，行车不行人”，但在井下实际作业过程中不免发生跑车撞人事故，为时刻监控矿车作业环境，在每一套防跑车装置中设有摄像头装置(见图1)，时刻监控矿车运行状况及周围作业环境，以防止突发事故的发生。此外，在实际生产中，由于系统设计稳定性差等原因造成挡车栏无法正常开启，当出现矿车运行正常，而挡车栏未能及时反应开启时，及时进行人工操作挡车栏开启，提高矿车作业效率。

2.2 语音报警装置

语音报警装置包括LED显示屏和语音报警器，LED显示屏根据矿车实际运行情况显示“安全行车”及“故障运行”，并对突发事故及故障语音报警，更加智能化显示矿车行车情况。

2.3 传感器

防跑车控制系统采用压力传感器和测速器监控矿车运行情况，压力传感器安装在斜巷坡点。当矿车正常运行时，压力传感器4测量矿车钢丝绳压力值在规定范围内;当矿车发生跑车、断绳等事故时，压力传感器测量值小于许用范围，控制系统做事故处理。为保障矿车安全性，采用双数据测量，矿车正常运行时，测速器测量矿车在规定速度范围内，属于正常运行，当出现跑车等事故时，矿车速度远远大于设定速度，判断事故运行。

3 控制系统

3.1 硬件设计

斜巷防跑车控制系统采用西门子S7系列实现，其硬件流程见图2。

图2 控制系统硬件流程示意图

控制系统主要由PLC、压力传感器、测速器、深度指示器及语音报警装置组成。压力传感器及测速器是测量矿车运行状况的重要保障，采用SK系列通用型压力传感器，准确可靠地测量矿车是否在规定轨道中正常运行。压力传感器和测速器的测量数据传输到PLC中，由PLC内部程序判断矿车是否正常运行。深度指示器测量矿车的运行位置，当判断矿车为正常运行时，挡车栏才可以打开，语音报警装置显示和语音“运行正常”。

3.2 软件设计

控制系统采用PLC控制，传感器采集的数据输入PLC中，见图3。

图3 软件流程示意图

矿车开始运行，操作人员通过摄像头及PLC数据显示控制操作界面，程序规定正常运行为“1”，当矿车正常运行时，安装在斜巷坡点处的压力传感器测量钢丝绳的压力值。矿车正常运行时，压力传感器压力值在许用范围内，采集的数据在许用范围内输出“1”。当发生跑车等事故时，采集的数据值远小于许用值输出“0”。测速器安装在斜巷运输段，用于测量矿车的速度，非正常运行时采集的矿车速度远大于许用范围输出“0”，控制系统采用压力传感器、测速器双数据输出，交集运算结果，增加系统可靠性，即当压力传感器、测速器输出值同为“1”，判断矿车为正常运行“1”，否则均为“0”，即判断为故障运行，挡车栏始终处于无动作的关闭状态，只有交集输出“1”，即正常运行时，语音报警装置显示运行状况，语音提醒“安全行车”，深度指示器显示矿车的运行位置，当矿车正常运行到达如图1所示的位置，PLC控制挡车栏电动机转动，挡车栏升起，矿车顺利通过，设定挡车栏下放位置点，当矿车顺利通过后，挡车栏自动放下，顺利通过斜坡一坡三挡的第一挡。

此外，为保障控制系统的绝对安全性，操作人员通过摄像头可以时刻监控矿车作业环境，加设摄像头直接监控操作过程，此过程与软件流程采用并联设计，出现异常事故时，可直接控制挡车栏的动作以防止突发事故的发生。见图4。

图4 软件流程示意图

当发生突发事故时，直接操作紧急按钮即可;当出现矿车正常运行，而挡车栏未能及时开启时，手动操作挡车栏升起，矿车正常通过，以提高井下作业效率。

4 结束语

设计合理的控制系统是斜巷防跑车装置可靠性的重要保障，采用PLC结合压力传感器、测速器可以准确测量矿车运行情况，摄像头可以时刻监控矿车作业环境，大大减少了事故的发生。

［1］杨宾峰.基于PLC的矿山斜井防跑车的控制系统［J］.微计算机信息，2005，21(10):14－15.

［2］曹 艳.斜井防跑车缓冲蓄能装置应用设计［J］.煤矿机械，2012，33(7):154－155.

［3］杨仕富，杨善国.新型斜井防跑车装置双PLC控制系统［J］.矿山机械，2000(12):43－45.