一种绞车信号控制系统的设计与应用

[摘 要]矿井运输安全工作是煤矿安全工作的重点之一。矿井运输事故在我国煤矿生产事故中，长期以来所占比例很大，仅次于顶板事故，而居第二位。随着综合机械化采煤技术的广泛应用，矿井运输事故所占生产事故的比例更为突出。本文介绍了一种绞车信号控制系统，对于绞车的安全管理有着重要作用。

[关键词]绞车 信号控制 煤矿运输

中图分类号：TP271.31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）10-0006-01

0 引言

矿井运输安全工作是煤矿安全工作的重点之一。矿井运输事故在我国煤矿生产事故中，长期以来所占比例很大，仅次于顶板事故，而居第二位。随着综合机械化采煤技术的广泛应用，矿井运输事故所占生产事故的比例更为突出。因此，抓好矿井运输安全工作，是搞好煤矿安全工作的重点，已成为全行业安全管理工作的共识。要真正做好矿井运输安全工作，除了必须严格执行行业技术操作规定外，还要对矿井运输事故的特点有正确的认识，同时要找出事故发生的原因和解决的办法，这样才能真正有利于防范和消除矿井运输事故，促进煤矿安全生产工作的健康发展。在大部分中小型矿井中，采用小绞车运输方式的辅助运输系统还相当普遍，占的比例很大。而小绞车运输由于没有开启操作控制系统，没有防护闭锁设施，存在的最大问题就是管理难度大，非专职人员随意开停绞车、发送信号以及违章违规操作现象比较普遍，由此给绞车运输安全带来不可控的风险因素，给绞车运输造成管理上的困难，给安全生产带来极大的隐患。而绞车信号控制系统，通过对人员的设定和限制，对操作记录功能和识别卡使用期限的设置，同时实现与矿井工业以太网的相互融合，可以从根本上解决煤矿小绞车运输管理的难题。下面就对该系统的设计与应用进行介绍。

1 绞车信号控制系统的设计

1.1 设计原则

（1）标准化。在设计研发时，应符合国家标准和行业标准的要求。充分利用产品优势，将它们有机地结合起来。也就是说，要求系统通信环境、硬件环境和软件环境相互间的依赖减至最小，充分发挥自身优势。

（2）适用性。提高煤矿辅助运输系统的高可靠性和高速率是提升企业管理水平和促进企业现代化进程的重要手段。

（3）易于维护和操作。从用户角度出发，充分考虑用户需求的同时，也要使设备具有安装、配置和操作方便等特点。

（4）可扩充。随着计算机和网络技术的发展，在设计时就充分考虑扩充的可行性。绞车信号控制装置可与煤矿通讯网络建立连接，将信息上传至上位机。自身信息可用U 盘下载，通过计算机来查看信息。

1.2 系统工作原理

绞车信号识别装置主机和辅机的操作权限设置区域，设置与绞车司机卡号信息相一致，通过检测识别卡信息来确认是否是绞车司机在操作绞车信号识别装置主机和辅机。若是，则允许操作设备，并对每次操作进行记录存储。存储内容包括： 操作员卡号、操作项和操作时间等信息内容。需要查询时，直接从设备中调取即可。一旦发生事故，对责任人可直接追溯，该信息记录通过主机485 接口可上传至煤矿信息网络，同时具有U盘下载数据功能，便于信息查看。

1.3 识别卡设计

主要由CPU 芯片、无线发送模块和旁电路组成。CPU芯片存有识别卡的卡号信息且具有唯一性；无线发送模块采用先进的无线射频技术，定时地向外发送自身的ID信息，发送数据周期如图1。T0表示发送一次数据所用的时间，平均值为7.2ms；T1表示延时时间，为一个随机值，目的是为了防止多个识别卡同时发射数据时，发生冲突。平均延时时间为（390±20） ms。数据无线发送流程如图2。

1.4 主机（或辅机）设计

主机（ 或辅机） 主要由单片机、无线接收模块、内置天线和语音通话板等组成。无线接收模块将检测到的识别卡信息经电路调整，传输到单片机内，单片机程序对其进行信息判断，若检测到的信息与程序设定的识别卡信息相符，则解除操作限制，允许操作，并且将操作记录存储到存储器内； 否则，操作视为无效。主机和辅机之间可以信息传递，同时记录自身和对方的操作信息。主机和辅机可实现语音通话、打点，便于沟通联系。其程序流程如图3。

在系统主机中设计有RS485 通讯功能，RS485信号经交换机与煤矿通讯网络相连接，将信息通过网络传输到井上，便于管理中心对绞车状况进行监控了解。

2 系统的安装布置

目前，ZTJ127R 型煤矿用绞车控制信号装置已经开始在山西、陕西、山东、内蒙和新疆等地的煤矿企业进行应用。下面以某矿为例，简述安装布置状况。

图4 绞车识别装置安装示意

绞车运输巷道每600 m 长中间安装两个片口。安装配置如图4。装置主机安装于绞车附近，辅机安装于沿线片口及机尾，主、辅机通过一根传输电缆通信。工作人员通过自身佩戴的识别卡来操作相应设备。片口、机尾辅机确定相应区域安全，传输信号于主机，主机通过控制磁力开关控制绞车，辅机除具有通话打点功能外，还具有急停功能，在运输中出现安全状况时，可及时停止绞车，以免发生安全事故。另外装置可设置设备参数，实现二级转发功能，即1 号辅机确定巷道安全后，打开车点信号给主机，主机解锁，此时操作主机启动按钮才可开动绞车。2号和3号辅机打开车点信号给主机，主机不会解锁，操作启动按钮主机不可开动绞车。

3 应用效果

ZTJ127R 型装置在上述煤矿的应用，使该矿小绞车运输的安全管理，从以往的人防提高到技防的层面，由主观的人为的遵章提升到客观的设备的限制，有效地解决了非专职人员随意操作绞车的难题； 通过人员识别的手段，把当班班长、安监员、绞车司机、信号工的岗位管理及资格认证做到了有效管理。实现了持证上岗，解决了岗位工的年审问题，由被动管理提升为主动管理；通过主机与煤矿通讯网络相连接，实时监控绞车的运行状况，更好地为生产管理服务； 操作记录进行有效查询，打消操作工违章操作的侥幸心里，降低了绞车事故的隐患。提高了煤矿辅助运输的效率和煤矿辅助运输的安全系数。装置运行以来，性能稳定，操作简单，维护方便，装置的可靠性和实用性得到了有效验证。

参考文献

[1] 王燕.单片机原理及应用技术[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2] 李朝青.无线发送/接受IC芯片及其数据通信技术选编[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[3] 李朝青.单片机与PC机网络通信技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

作者简介

李连鸿（1978.4—），安徽淮南人，工程师，现就职于国投新集能源股份有限公司新集一矿，任机电技术员。endprint

[摘 要]矿井运输安全工作是煤矿安全工作的重点之一。矿井运输事故在我国煤矿生产事故中，长期以来所占比例很大，仅次于顶板事故，而居第二位。随着综合机械化采煤技术的广泛应用，矿井运输事故所占生产事故的比例更为突出。本文介绍了一种绞车信号控制系统，对于绞车的安全管理有着重要作用。

[关键词]绞车 信号控制 煤矿运输

中图分类号：TP271.31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）10-0006-01

0 引言

矿井运输安全工作是煤矿安全工作的重点之一。矿井运输事故在我国煤矿生产事故中，长期以来所占比例很大，仅次于顶板事故，而居第二位。随着综合机械化采煤技术的广泛应用，矿井运输事故所占生产事故的比例更为突出。因此，抓好矿井运输安全工作，是搞好煤矿安全工作的重点，已成为全行业安全管理工作的共识。要真正做好矿井运输安全工作，除了必须严格执行行业技术操作规定外，还要对矿井运输事故的特点有正确的认识，同时要找出事故发生的原因和解决的办法，这样才能真正有利于防范和消除矿井运输事故，促进煤矿安全生产工作的健康发展。在大部分中小型矿井中，采用小绞车运输方式的辅助运输系统还相当普遍，占的比例很大。而小绞车运输由于没有开启操作控制系统，没有防护闭锁设施，存在的最大问题就是管理难度大，非专职人员随意开停绞车、发送信号以及违章违规操作现象比较普遍，由此给绞车运输安全带来不可控的风险因素，给绞车运输造成管理上的困难，给安全生产带来极大的隐患。而绞车信号控制系统，通过对人员的设定和限制，对操作记录功能和识别卡使用期限的设置，同时实现与矿井工业以太网的相互融合，可以从根本上解决煤矿小绞车运输管理的难题。下面就对该系统的设计与应用进行介绍。

1 绞车信号控制系统的设计

1.1 设计原则

（1）标准化。在设计研发时，应符合国家标准和行业标准的要求。充分利用产品优势，将它们有机地结合起来。也就是说，要求系统通信环境、硬件环境和软件环境相互间的依赖减至最小，充分发挥自身优势。

（2）适用性。提高煤矿辅助运输系统的高可靠性和高速率是提升企业管理水平和促进企业现代化进程的重要手段。

（3）易于维护和操作。从用户角度出发，充分考虑用户需求的同时，也要使设备具有安装、配置和操作方便等特点。

（4）可扩充。随着计算机和网络技术的发展，在设计时就充分考虑扩充的可行性。绞车信号控制装置可与煤矿通讯网络建立连接，将信息上传至上位机。自身信息可用U 盘下载，通过计算机来查看信息。

1.2 系统工作原理

绞车信号识别装置主机和辅机的操作权限设置区域，设置与绞车司机卡号信息相一致，通过检测识别卡信息来确认是否是绞车司机在操作绞车信号识别装置主机和辅机。若是，则允许操作设备，并对每次操作进行记录存储。存储内容包括： 操作员卡号、操作项和操作时间等信息内容。需要查询时，直接从设备中调取即可。一旦发生事故，对责任人可直接追溯，该信息记录通过主机485 接口可上传至煤矿信息网络，同时具有U盘下载数据功能，便于信息查看。

1.3 识别卡设计

主要由CPU 芯片、无线发送模块和旁电路组成。CPU芯片存有识别卡的卡号信息且具有唯一性；无线发送模块采用先进的无线射频技术，定时地向外发送自身的ID信息，发送数据周期如图1。T0表示发送一次数据所用的时间，平均值为7.2ms；T1表示延时时间，为一个随机值，目的是为了防止多个识别卡同时发射数据时，发生冲突。平均延时时间为（390±20） ms。数据无线发送流程如图2。

1.4 主机（或辅机）设计

主机（ 或辅机） 主要由单片机、无线接收模块、内置天线和语音通话板等组成。无线接收模块将检测到的识别卡信息经电路调整，传输到单片机内，单片机程序对其进行信息判断，若检测到的信息与程序设定的识别卡信息相符，则解除操作限制，允许操作，并且将操作记录存储到存储器内； 否则，操作视为无效。主机和辅机之间可以信息传递，同时记录自身和对方的操作信息。主机和辅机可实现语音通话、打点，便于沟通联系。其程序流程如图3。

在系统主机中设计有RS485 通讯功能，RS485信号经交换机与煤矿通讯网络相连接，将信息通过网络传输到井上，便于管理中心对绞车状况进行监控了解。

2 系统的安装布置

目前，ZTJ127R 型煤矿用绞车控制信号装置已经开始在山西、陕西、山东、内蒙和新疆等地的煤矿企业进行应用。下面以某矿为例，简述安装布置状况。

图4 绞车识别装置安装示意

绞车运输巷道每600 m 长中间安装两个片口。安装配置如图4。装置主机安装于绞车附近，辅机安装于沿线片口及机尾，主、辅机通过一根传输电缆通信。工作人员通过自身佩戴的识别卡来操作相应设备。片口、机尾辅机确定相应区域安全，传输信号于主机，主机通过控制磁力开关控制绞车，辅机除具有通话打点功能外，还具有急停功能，在运输中出现安全状况时，可及时停止绞车，以免发生安全事故。另外装置可设置设备参数，实现二级转发功能，即1 号辅机确定巷道安全后，打开车点信号给主机，主机解锁，此时操作主机启动按钮才可开动绞车。2号和3号辅机打开车点信号给主机，主机不会解锁，操作启动按钮主机不可开动绞车。

3 应用效果

ZTJ127R 型装置在上述煤矿的应用，使该矿小绞车运输的安全管理，从以往的人防提高到技防的层面，由主观的人为的遵章提升到客观的设备的限制，有效地解决了非专职人员随意操作绞车的难题； 通过人员识别的手段，把当班班长、安监员、绞车司机、信号工的岗位管理及资格认证做到了有效管理。实现了持证上岗，解决了岗位工的年审问题，由被动管理提升为主动管理；通过主机与煤矿通讯网络相连接，实时监控绞车的运行状况，更好地为生产管理服务； 操作记录进行有效查询，打消操作工违章操作的侥幸心里，降低了绞车事故的隐患。提高了煤矿辅助运输的效率和煤矿辅助运输的安全系数。装置运行以来，性能稳定，操作简单，维护方便，装置的可靠性和实用性得到了有效验证。

参考文献

[1] 王燕.单片机原理及应用技术[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2] 李朝青.无线发送/接受IC芯片及其数据通信技术选编[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[3] 李朝青.单片机与PC机网络通信技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

作者简介

李连鸿（1978.4—），安徽淮南人，工程师，现就职于国投新集能源股份有限公司新集一矿，任机电技术员。endprint

[摘 要]矿井运输安全工作是煤矿安全工作的重点之一。矿井运输事故在我国煤矿生产事故中，长期以来所占比例很大，仅次于顶板事故，而居第二位。随着综合机械化采煤技术的广泛应用，矿井运输事故所占生产事故的比例更为突出。本文介绍了一种绞车信号控制系统，对于绞车的安全管理有着重要作用。

[关键词]绞车 信号控制 煤矿运输

中图分类号：TP271.31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）10-0006-01

0 引言

矿井运输安全工作是煤矿安全工作的重点之一。矿井运输事故在我国煤矿生产事故中，长期以来所占比例很大，仅次于顶板事故，而居第二位。随着综合机械化采煤技术的广泛应用，矿井运输事故所占生产事故的比例更为突出。因此，抓好矿井运输安全工作，是搞好煤矿安全工作的重点，已成为全行业安全管理工作的共识。要真正做好矿井运输安全工作，除了必须严格执行行业技术操作规定外，还要对矿井运输事故的特点有正确的认识，同时要找出事故发生的原因和解决的办法，这样才能真正有利于防范和消除矿井运输事故，促进煤矿安全生产工作的健康发展。在大部分中小型矿井中，采用小绞车运输方式的辅助运输系统还相当普遍，占的比例很大。而小绞车运输由于没有开启操作控制系统，没有防护闭锁设施，存在的最大问题就是管理难度大，非专职人员随意开停绞车、发送信号以及违章违规操作现象比较普遍，由此给绞车运输安全带来不可控的风险因素，给绞车运输造成管理上的困难，给安全生产带来极大的隐患。而绞车信号控制系统，通过对人员的设定和限制，对操作记录功能和识别卡使用期限的设置，同时实现与矿井工业以太网的相互融合，可以从根本上解决煤矿小绞车运输管理的难题。下面就对该系统的设计与应用进行介绍。

1 绞车信号控制系统的设计

1.1 设计原则

（1）标准化。在设计研发时，应符合国家标准和行业标准的要求。充分利用产品优势，将它们有机地结合起来。也就是说，要求系统通信环境、硬件环境和软件环境相互间的依赖减至最小，充分发挥自身优势。

（2）适用性。提高煤矿辅助运输系统的高可靠性和高速率是提升企业管理水平和促进企业现代化进程的重要手段。

（3）易于维护和操作。从用户角度出发，充分考虑用户需求的同时，也要使设备具有安装、配置和操作方便等特点。

（4）可扩充。随着计算机和网络技术的发展，在设计时就充分考虑扩充的可行性。绞车信号控制装置可与煤矿通讯网络建立连接，将信息上传至上位机。自身信息可用U 盘下载，通过计算机来查看信息。

1.2 系统工作原理

绞车信号识别装置主机和辅机的操作权限设置区域，设置与绞车司机卡号信息相一致，通过检测识别卡信息来确认是否是绞车司机在操作绞车信号识别装置主机和辅机。若是，则允许操作设备，并对每次操作进行记录存储。存储内容包括： 操作员卡号、操作项和操作时间等信息内容。需要查询时，直接从设备中调取即可。一旦发生事故，对责任人可直接追溯，该信息记录通过主机485 接口可上传至煤矿信息网络，同时具有U盘下载数据功能，便于信息查看。

1.3 识别卡设计

主要由CPU 芯片、无线发送模块和旁电路组成。CPU芯片存有识别卡的卡号信息且具有唯一性；无线发送模块采用先进的无线射频技术，定时地向外发送自身的ID信息，发送数据周期如图1。T0表示发送一次数据所用的时间，平均值为7.2ms；T1表示延时时间，为一个随机值，目的是为了防止多个识别卡同时发射数据时，发生冲突。平均延时时间为（390±20） ms。数据无线发送流程如图2。

1.4 主机（或辅机）设计

主机（ 或辅机） 主要由单片机、无线接收模块、内置天线和语音通话板等组成。无线接收模块将检测到的识别卡信息经电路调整，传输到单片机内，单片机程序对其进行信息判断，若检测到的信息与程序设定的识别卡信息相符，则解除操作限制，允许操作，并且将操作记录存储到存储器内； 否则，操作视为无效。主机和辅机之间可以信息传递，同时记录自身和对方的操作信息。主机和辅机可实现语音通话、打点，便于沟通联系。其程序流程如图3。

在系统主机中设计有RS485 通讯功能，RS485信号经交换机与煤矿通讯网络相连接，将信息通过网络传输到井上，便于管理中心对绞车状况进行监控了解。

2 系统的安装布置

目前，ZTJ127R 型煤矿用绞车控制信号装置已经开始在山西、陕西、山东、内蒙和新疆等地的煤矿企业进行应用。下面以某矿为例，简述安装布置状况。

图4 绞车识别装置安装示意

绞车运输巷道每600 m 长中间安装两个片口。安装配置如图4。装置主机安装于绞车附近，辅机安装于沿线片口及机尾，主、辅机通过一根传输电缆通信。工作人员通过自身佩戴的识别卡来操作相应设备。片口、机尾辅机确定相应区域安全，传输信号于主机，主机通过控制磁力开关控制绞车，辅机除具有通话打点功能外，还具有急停功能，在运输中出现安全状况时，可及时停止绞车，以免发生安全事故。另外装置可设置设备参数，实现二级转发功能，即1 号辅机确定巷道安全后，打开车点信号给主机，主机解锁，此时操作主机启动按钮才可开动绞车。2号和3号辅机打开车点信号给主机，主机不会解锁，操作启动按钮主机不可开动绞车。

3 应用效果

ZTJ127R 型装置在上述煤矿的应用，使该矿小绞车运输的安全管理，从以往的人防提高到技防的层面，由主观的人为的遵章提升到客观的设备的限制，有效地解决了非专职人员随意操作绞车的难题； 通过人员识别的手段，把当班班长、安监员、绞车司机、信号工的岗位管理及资格认证做到了有效管理。实现了持证上岗，解决了岗位工的年审问题，由被动管理提升为主动管理；通过主机与煤矿通讯网络相连接，实时监控绞车的运行状况，更好地为生产管理服务； 操作记录进行有效查询，打消操作工违章操作的侥幸心里，降低了绞车事故的隐患。提高了煤矿辅助运输的效率和煤矿辅助运输的安全系数。装置运行以来，性能稳定，操作简单，维护方便，装置的可靠性和实用性得到了有效验证。

参考文献

[1] 王燕.单片机原理及应用技术[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2] 李朝青.无线发送/接受IC芯片及其数据通信技术选编[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[3] 李朝青.单片机与PC机网络通信技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

作者简介

李连鸿（1978.4—），安徽淮南人，工程师，现就职于国投新集能源股份有限公司新集一矿，任机电技术员。endprint