煤矿架空乘人装置的无人自动化升级改造与应用

李帅帅

（北京天地华泰矿业管理股份有限公司，北京 100013）

煤矿架空乘人装置（猴车），主要用于矿山斜井运输工人，可帮助工人缩短路途时间，减轻体能消耗。银星二号煤矿主斜井安装RJY75-20/1374 型架空乘人装置1 台。架空乘人装置由于安装较早，设备性能相对落后，各种保护传感器老化失效，且厂家已停产，无配件供应，目前无法实现自动运行，且每班需要安排1 名司机操作架空乘人装置，浪费人力。架空乘人装置不能自动运行，每班连续运行，既增加架空乘人装置设备磨损，又浪费电费，造成经济损失。同时架空乘人装置实际运行速度1.4 m/s左右，违反了《煤矿安全规程》第三百八十三条中“运行速度超过1.2 m/s 时，不得采用固定抱索器”的规定。针对以上问题，本文通过研究对现有架空乘人装置进行了升级改造，增加了一系列设备，实现了装置的无人自动化运行，对类似矿井具有工程借鉴意义[1-6]。

1 升级改造方案

银星二号煤矿主斜井架空乘人装置的升级改造主要是在井口机房增加了一套ABB 变频调速装置，更换了1 台S7-300 系列PLC（可编辑逻辑控制器）并在各个上、下车地点增加上、下人检测传感器。装置升级改造后，可对乘人装置的运行进行自动检测，并经过逻辑编程对装置进行自动控制，如图1、图2。

图1 架空乘人装置机头示意图

图2 各车场红外传感器布置示意图

其中，变频调速装置采用ABB 四象限变频调速装置，内设回馈单元，可以实现架空乘人装置的平稳启停，能够解决装置速度超限的问题，保证安全。上、下人检测和越位保护装置采用GUR8 矿用本安型矿用热释传感器，工作电压12 V，热源工作范围为8 m，输出为继电器信号，动作时输出常闭信号。传感器的探头通过菲涅尔透镜可以检测到人体体温释放的红外信号，经过集成块处理并输出继电器常闭信号。

2 工作原理

银星二号煤矿主斜井乘人线路上的每个上、下人点均安装GUR8 矿用本安型矿用热释传感器。如图3 为装置自动启停控制程序逻辑图，当任一车场有人乘架空乘人装置时，检测传感器触动上车信号，PLC 有上人信号输入，PLC 程序内部脉冲扩展定时器S 端由0 变为1 而产生上升延时，脉冲扩展定时器开始倒计时，触发相对应的内部程序脉冲扩展定时器动作，Q10.0 输出保持为1，系统装置启动。启动后PLC 内部程序脉冲扩展定时器开始倒计时，直至脉冲扩展定时器预设时间变为0 时，Q10.0 输出变为0，系统停机。

当运行过程中再次有上人检测信号输入时，时间将返回到原来的预设数值并重新计时，即时间记忆刷新。若各个车场同时触动，程序将等待预设时间最长的脉冲扩展定时器倒计时完毕。当所有脉冲扩展定时器倒计时剩余时间均为0 时Q10.0 变为0，使架空乘人装置自动停机。从井口往中间车场或从中间车场往井底运行所设时间都能够满足最远行驶距离，完全实现无人自动化运行。

图3 自动启停控制程序逻辑图

3 其他功能升级

装置升级改造后不仅能解决原有架空乘人装置存在的一系列弊端，还能够实现以下系统保护功能。

（1）机头断轴检测保护、驱动轮间隙保护

在驱动装置机头上安装机械式的断轴保护装置，配置断轴检测保护及驱动轮间隙保护，并设定控制行程、间隙参数，主要监测传动部件、驱动轮的运行状况。只要驱动轮出现左右摇摆、上下跳动的现象，超过设计值时，两种保护都会启动监测信号发送到PLC 控制箱，乘人装置停车并发出故障报警，提前预防事故发生。

（2）减速机油位、液压站油位保护

减速机、液压站安装液位传感器。当减速机、液压站因漏油或者其他原因导致减速机、液压站油位不够会触发减速机液压站液位保护动作，乘人装置停车并发出故障报警，从而避免减速机、液压站磨损和事故的发生。

（3）减速机、电动机、液压站温度保护

减速机、电动机、液压站安装温度保护，由温度传感器、转换接头及支架组成。当主减速机、液压站油温超过设定温度时，此传感器动作，乘人装置立即停机并发出故障报警，从而避免减速机磨损和事故的发生。

（4）过载保护

控制系统设置电子保护器，当电动机运行电流超过设定值时，电子保护器动作，使架空乘人装置制动停机。

（5）欠速保护

欠速保护由转速传感器和支架组成。当架空乘人装置运行中转速传感器检测到的运行速度低于设定速度的20%时，控制系统接收到信号，乘人装置停止运行，并发出故障报警抱闸停机，从而避免对乘坐人员造成伤害和打滑时对设备造成的损坏。

（6）打滑保护

安装打滑传感器，用来测试驱动轮的速度。当该速度与架空乘人装置速度传感器的速度进行比较差值超过0.2 m/s 时，表明驱动轮与牵引钢丝绳之间打滑，乘人装置立即停机并发出故障报警，从而避免事故的发生。

（7）语音提示功能

在距下车点 15 m 到 20 m 处安装一台语音声光报警器。当系统启动时，该报警器具有开车预警功能，发出“系统启动，注意安全”，同时显示屏显示相应汉字。当乘人到达下车站点前 5～10 m 时，该报警器会发出“前方到站、请您下车”的警示语。

（8）全线语音信号提示装置

当有安全保护动作时，信号装置音箱（或报警器）会发出相应的语言报警。如“掉绳保护“动作，此时音箱就会有“掉绳保护”的语音连续循环播报，至报警复位后停止播报。

（9）越位保护

在机头、机尾安装越位传感器，当乘人在座椅上犯困睡着导致越位时，传感器将信号传给PLC，控制系统接收到信号，乘人装置停止运行，并发出故障报警抱闸停机。

（10）防脱绳和变坡点防掉绳保护

在各变坡点加设防掉绳传感器，在中间段每隔200 m 安装防脱绳传感器。当发生掉绳现象时，钢丝绳触动传感器，PLC 控制系统接收到信号，乘人装置停止运行，并发出故障报警抱闸停机。

4 应用效果分析

（1）减员增效

对银星二号煤矿架空乘人装置的改造，通过更换相关电气控制系统和各类传感器，利用现代化的检测手段和智能化的控制技术，不需要操作人员全程监护，起到减员增效的效果。正常按三班制计算，每班1人值班，每人每月按5000 元工资计算，一年可节约工资成本18 万元。

（2）节能降耗

此系统具有无人值守功能，按每班停车 2 h 计算，每天至少少运行 6 h，架空乘人装置电机功率为75 kW，每年可节省电能162 000 kW·h，折合人民币85 800 元。另外，由于架空乘人装置有了间隙休息，延长了设备的使用寿命。

（3）安全稳定

使用变频调速装置能够实现对装置的人为干预，通过调整变频器的频率从根本上降低了架空乘人装置的速度。经过调整频率目前运行速度1.15 m/s，确保设备的稳定性，保证了人员的安全。

5 结语

通过增加变频调速装置、PLC 和检测传感器等设备改造后，实现了装置的无人自动化运行和相关系统保护功能，除满足安全运行要求外，还在经济上达到了减员增效、节能降耗的效果。