煤矿架空乘人装置断绳捕捉保护系统

刘东洋 李永涛

摘要：在装置和传统保护系统的基础上，设计一种新的断绳捕捉器，并设计组成新的断绳捕捉保护系统，对井下架空乘人装置进行保护，新的断绳捕捉保护系统克服之前传统保护装置的不足和劣势。主要阐述这种新型断绳捕捉器的工作方式及其特点。

关键词：煤矿；架空乘人钢丝绳保护装置；保护系统

引言

矿用架空乘人装置，俗称“猴车”，广泛运用于煤矿生产中，既可以单独使用，同时也可以与其他的辅助运输设备配合使用。架空乘人装置由防爆电动机驱动，通过钢丝绳牵引，用于为煤矿工人上下井时乘坐，减小作业工人的体力消耗，提高工人的工作效率。随着架空乘人装置的广泛应用，但架空乘人装置的质量却良莠不齐，这在一定程度上导致了架空乘人装置在运行过程中事故频频，主要有变速箱机械故障、安全制动器失效、过速飞车断电停车保护失效。架空乘人装置设计的不足，使其在运行过程中会存在钢丝绳脱落、钢丝绳断丝等安全隐患，这些可以导致保护装置的失效。因此，断绳捕捉保护系统产品便应运而生，并越来越被市场所接受，其作用越来越受到人们的重视。针对以上断绳的问题，通过现场调研和技术研究，在已有保护装置的基础上，本文设计出一套新的断绳捕捉保护系统，以下重点介绍系统组成和关键技术的实现。

一、系统设计

（一）系统结构设计

煤矿井下架空乘人装置的井下监控主站，其监测的对象为驱动电机的电机油温、变速箱液位、变速箱油温，并能够对驱动电机根据实际情况，进行调速。当接收井下断绳捕捉系统发出的断绳信号后，进行语音报警，控制电磁阀动作进行停车，切断电磁阀电源实现紧急停车。监控主站利用以太网与系统监控平台上位机进行通信。系统监控能通过对现场数据的采集处理，以动画、图形显示，实时曲线、历史曲线，报警处理等数据记录方式，向用户提供解决实际工程问题的方案。断绳捕捉保护系统利用张力传感器及位移传感器对系统的运行状态进行采集，并与其他分站进行实时通信，对架空乘人装置的运行状态与保护捕捉装置的状态实时监控，与中央控制台完成通信，完成对架空乘人装置的运行状态监控。一旦出现异常状态时，报警信号传递到PLC及中央控制台，系统自动进行保护或者选择人工操作，完成断绳捕捉。

（二）系统功能设计

1.数据采集模块

断绳保护系统中主要组成设备有捕捉器、驱动电机、张力传感器、位移传感器、继电保护装置、中央控制平台等。张力传感器的作用是采集猴车牵引钢丝绳上的实时压力值，通过与正常运行时的数据值范围对比，用以判断钢丝绳是否正常工作。位移传感器采集牵引钢丝绳的位置信息，检测是否偏离运行轨迹。

2.数据显示模块

系统监控平台包括中央控制平台和监控软件，监控软件选用MCGS，MCGS是一套用于快速构造和生成中央控制平台监控系统的组态软件，它能通过对现场数据的采集处理，以动画、图形显示、实时曲线、历史曲线、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式，向用户提供解决实际工程问题的方案。

3.数据传输模块

PLC是中央控制核心，张力传感器和位移传感器将采集到的实时信息通过PROFIBUS传递给PLC。继电保护装置与PLC通过PROFIBUS通信，连接到CPU342模块。中央控制平台通过以太网与PLC通信，连接在CPU343-1模块。

二、系统关键技术

（一）断绳捕捉保护系统的组成

牵引钢丝绳从牵引通道中穿过，断绳捕捉保护系统沿工作方向设置有若干个监控分站，这便有若干的断绳捕捉器和若干传感器，断绳捕捉系统安装于架空乘人装置的安装支架上，所述断绳捕捉保护系统包括断绳捕捉器、各种传感器、PLC及中央控制台，可编程控制器，PLC通过工业以太网与中央控制台通信。

（二）断绳捕捉器控制点

在架空乘人装置的运行过程中，托绳轮轴安装不水平，易造成轮衬倾斜，或者牵引钢丝绳偏离托绳轮中心，加大钢丝绳的摩擦因数，这会导致钢丝绳发生断丝现象，这些问题都会对井下工人乘坐的安全性造成隐患，如发现不及时，会造成安全事故，因此安装位移传感器。张力检测装置对钢丝绳的张力进行实时检测，根据张力值的变化情况判断钢丝绳的运行状态，判断钢丝绳是否松动，或者部分区域拉力不均匀，以此来判断牵引钢丝绳是否安全，当牵引钢丝绳断裂后，张力消失，立即进行捕捉。同时，分站PLC将通过以太网将信息上传到监控主站，并到达中央控制平台。监控主站控制电磁阀停车，并发出报警信号。井上监控系统接收到张力数值后，由工作人员通过对监控分站测得的张力值计算，确定断绳的具体位置。当钢丝绳发生断裂时，监控分站中断现有的处理，立即采集捕捉器的状态、钢丝绳的张力情况。

三、钢丝绳状态检测

（一）钢丝绳运行位置、张力检测

位移传感器、张力传感器通过4～20mA的模擬信号与S7-300的SM331模块进行通信，SM331模块将信号转换成0～27648的整数形式S，然后利用FC105将该值转换成工程实际值Q，后利用Q=KS/27648（K为传感器量程），控制器根据实际值进行操作，后接SM332数字输出模块，对断绳捕捉器进行动作控制。

（二）钢丝绳运行速度检测

选用欧姆龙E6B2-CWZ6C型编码器对钢丝绳的运行状态进行检测，将采集到的信号传输到PLC中，利用PLC的高速计数器指令进行分析，得到牵引钢丝绳的运行速度和运行方向，编码器装置在分站的位置，为了数据的准确性，可在临近驱动电机的井下监控分站两侧分别安装，并根据实际情况，可适当增加安装个数。从而避免某个编码器出现故障，无法采集信号造成的安全隐患，保障架空乘人装置的安全运行，大大提高了系统的稳定性。

（三）断绳捕捉监控系统

系统能够显示各个被测对象的测量参数，如每个监控分站的牵引钢丝绳张力值、位移偏移值、运行速度，对捕捉器状态进行监控，以及作为分站的断绳捕捉器的工作状态，同时系统可实现局域网络连接的功能，更加全面、准确地监控系统的各个运行参数。

结语

本文设计出一套新型的煤矿井下架空乘人装置的断绳捕捉保护系统，断绳捕捉保护系统作为一种新兴保护系统，具有全方位监测架空乘人装置的牵引钢丝绳运行状态，以及发生断绳事故后的实时保护功能，在牵引钢丝绳断裂的同时进行断绳捕捉保护，并发出报警信号，保护乘车人员的生命安全，对井下工作人员安全工作和煤矿的安全生产具有深远的意义。

参考文献：

[1]程学珍，马东，郭春芬，等一种用于空中乘车的牵引钢丝绳保护装置：105711599A[P]2016-06-29

[2]王雪斜巷架空乘人装置飞车、断绳保护技术研究[D]徐州：中国矿业大学，2014

[3]刘稳，曹海洋，武灿等矿井中猴车自动控制系统设计[J]煤矿机械，2012，33（7）：164-166