架空乘人装置监控系统的应用研究

郑伟卫

(河南能源化工集团 永煤公司车集煤矿，河南 永城 476600)

煤矿架空乘人装置是煤矿井下辅助运输设备，主要是运送人员上下斜巷和平巷。主要由驱动装置、拖绳装置、乘人器、迂回轮装置、张紧装置、安全保护装置以及电控装置等组成，是一种较为新型的矿山人员运输设备。随着煤矿的发展，井下存在多水平工作面以及多条上下斜巷和平巷，这也致使井下需要同时运行多部架空乘人装置。目前多部架空乘人装置皆是独立单机运行，缺乏统一的管理调度，无法与架空乘人装置配电点电控开关实现联控。从而无法实现多部架空乘人装置的集控联动，影响煤矿现代化智能矿山建设的进一步完善，阻碍着煤矿生产效率的进一步提升[1]。

1 架空乘人装置基本情况

矿井现实际运行的架空乘人装置分别为东翼行人上山架空乘人装置、西北轨道上山架空乘人装置、南翼行人暗斜井架空乘人装置、西翼行人暗斜井架空乘人装置，其基本情况如下。

(1)东翼行人上山架空乘人装置。架空乘人装置型号为RJY22-28/750(A)，2018年5月对架空乘人装置机械及电控部分进行改造，驱动轮直径为1.2 m，速度为1.1 m/s；斜巷长度450 m，坡度16°，具有架空乘人装置的各种基本保护，具有沿线对讲通话、打点、故障语音报警功能，公共广播系统。

(2)西北轨道上山架空乘人装置。架空乘人装置型号为RJY22-30/1000(A)，2014年5月安装，驱动轮直径为1.2 m，速度1.0 m/s；斜巷长度147 m，坡度10°，具有架空乘人装置的各种基本保护，具有沿线对讲通话、打点、故障语音报警功能。

(3)南翼行人暗斜井架空乘人装置。架空乘人装置型号为RJY75-26/3000(A)，2012年8月安装，驱动轮直径1.5 m，速度1.2 m/s；斜巷长度934 m，坡度20°，具有架空乘人装置的各种基本保护，具有沿线对讲通话、打点、故障语音报警功能，公共广播系统及视频监控系统。

(4)西翼行人暗斜井架空乘人装置。架空乘人装置型号为RJY75-28/1600(B)，2011年9月安装，驱动轮直径1.5 m，速度1.1 m/s；斜巷长度1 022 m，坡度18.5°，具有架空乘人装置的各种基本保护，具有沿线对讲通话、打点、故障语音报警功能，公共广播系统及视频监控系统。

目前井下多部架空乘人装置都可以独立单机运行，但是缺乏统一的运行信息采集、存储、管理、调度，缺乏架空乘人装置的运行记录、故障记录、操作记录、运行数据曲线记录。同时无法与架空乘人装置配电点的电控开关实现通信，达到多部架空乘人装置智能联控的目的。

2 系统结构

系统主要由地面集控中心和井下监控分站两部分组成。地面集控中心主要由工作站以及组态软件通过环网与井下监控分站的通信，实现架空乘人装置以及相应电控开关的运行数据的采集、存储、显示、报警等功能。同时通过人机交互的方式对井下多部架空乘人装置下达控制命令，实现远程遥控。

井下监控分站采用西门子1200系列PLC作为控制核心，通过以太网通信，实现对架空乘人装置的运行数据采集、显示、报警、关键点视频监控。同时井下监控分站通过RS485串口总线ModBus-RTU协议与配电点电控开关通信，采集电控开关的开关状态、电压值、电流值、故障信息等，同时可实现地面集控中心遥控监测。监控分站配备7寸显示屏，可以实时显示当前设备的运行数据以及故障参数等。

系统对每一部架空乘人装置的关键位置均配备了网络摄像仪，同时在每部装置机头均配置了1台矿用隔爆型显示器和1台矿用本安型网络话机。系统可通过井下环网随时对任意1台或是多台摄像仪进行访问显示，同时可对任意一部或是多部话机进行语音扩播、语音对话。

系统结构如图1所示。

图1 架空乘人运输监控系统结构Fig.1 Structure of overhead passenger transport monitoring system

3 实施方案

3.1 东翼行人上山架空乘人装置

(1)视频监控部分。斜巷长度450 m，摄像仪安装位置为上平台安装2个，下平台安装2个，斜巷按距离均匀分布安装2个摄像仪。系统通过环网交换机将数据上传至地面。

(2)系统通信部分。架空乘人装置控制器Smart200 PLC通过以太网与工作站通信，工作站通过KEP-Server-EX作为OPC Server，采集Smart200 PLC数据[2]。系统根据Smart200 PLC的程序以及点表读取当前装置的运行状态以及故障状态。系统主控制器西门子1200系列PLC通过以太网与工作站进行通信。

3.2 西北轨道上山架空乘人装置

(1)视频监控部分。斜巷长度147 m，摄像仪安装位置为上平台安装2个，下平台安装2个。系统通过环网交换机将数据上传至地面。

(2)系统通信部分。架空乘人装置控制器台达DVP-20PM系列PLC通过BCNet-DVP通信模块转换成以太网传输至工作站，工作站通过KEP-Server-EX作为OPC Server，采集台达PLC数据。系统根据台达 PLC的程序以及点表读取当前装置的运行状态以及故障状态。系统主控制器西门子1200系列PLC通过以太网与工作站通信。

3.3 西翼行人暗斜井架空乘人装置

(1)视频监控部分。原视频图像通过环网交换机上传至地面。

(2)系统通信部分。架空乘人装置控制器三菱FX3U PLC通过FX3U-485-BD通信板，然后经过MOXA NPORT 5232串口服务器转换成以太网传输至工作站。工作站通过MX OPC Server作为OPC Server，采集三菱 PLC数据。系统根据PLC的程序以及点表读取当前装置的运行状态以及故障状态。系统主控制器西门子1200系列PLC通过以太网与工作站进行通信。

3.4 南翼行人暗斜井架空乘人装置

(1)视频监控部分。原系统视频图像通过环网交换机上传至地面。

(2)系统通信部分。架空乘人装置控制器三菱FX2N PLC通过编程口经过MOXA NPORT 5150串口服务器转换成以太网传输至工作站。工作站通过MX OPC Server作为OPC Server，采集三菱 PLC数据。系统根据PLC的程序以及点表读取当前装置的运行状态以及故障状态。系统主控制器西门子1200系列PLC通过以太网与工作站进行通信。

各部装置配电点的软起动器、真空电磁起动器、照明综保以及馈电开关通过RS485串口总线ModBus-RTU协议与系统1200系列PLC进行通信，采集相应设备的开关状态、故障状态以及控制其合闸、分闸、故障复位等功能。

系统设备布局如图2所示。

图2 架空乘人运输监控系统设备布局Fig.2 Equipment layout of overhead passenger transport monitoring system

4 系统主要功能

4.1 数据采集分析

系统实时采集架空乘人装置运行工况参数，实时采集各部架空乘人装置配电点所有开关电流、电压、开关分合闸状态和故障等状态，并能够进行远程监控。对架空乘人装置运行速度、开停状态以及架空乘人装置相应的故障保护数据进行采集，当出现故障时能准确上传故障状态及语音报警并可远程进行急停闭锁、复位、启动等操作。

4.2 运行画面联动

系统通过采集到的数据分析结果，采用图形、报表的形式显示系统的实时工况。对架空乘人装置运行速度、开停状态以及架空乘人装置相应的故障保护数据进行动态显示，当发生故障时能够及时地故障报警，同时可按照故障地点、故障时间、故障类型进行存储，并语音提示。系统具有相关信息输出、存储、历史查询、可打印等功能，实现监控信息、画面等远程局域网Web访问，方便设备信息共享。

4.3 远程控制

系统能够采集架空乘人装置配电点各开关的实时运行数据如电流、电压、温度等参数和开关分合闸状态、故障状态，并能够进行远程复位、远程分合闸操作。

(1)远程启动。系统具备启动条件且允许远控的前提下，选择好远程按钮，按下启动键1 s，系统自动通过扩播系统进行启动预警，随后按照正常程序启动相应的架空乘人装置。

(2)远程停止。在自动模式下运行过程中(允许远控的条件下)，操作员选好远控按钮，并录入密码确认后，按下停止键1 s，系统自动按照正常停车程序进行停车。

(3)故障复位。在自动模式下运行过程中故障停机(允许远控的条件下)，且故障消除后，按下复位键1 s后，能够消除故障状态。

(4)远程急停。在自动模式下运行过程中(允许远控的条件下)，通过视频或因其他原因需要紧急停车并闭锁启动时，按下远程急停键1 s，系统便按照故障进行紧急停车。

4.4 语音对讲

系统能够在需要的情况下巷道内的喊话器向地面集控中心进行喊话，也可在地面集控中心向井下任意一部架空乘人装置进行喊话，每部架空乘人装置的正常通话互不影响。

4.5 视频部分

井下隔爆兼本安型监控分站留有视频监控上传端口用于接入视频环网，具备图像识别功能，能够分辨异常运行状态并联动报警。

5 应用效果

架空乘人装置监控系统能实时采集架空乘人装置运行工况参数，对装置的运行速度、开停状态以及相应的故障保护数据进行采集。同时，可以实时采集各部架空乘人装置配电点所有开关电流、电压、开关分合闸状态和故障等状态，并能够进行地面调度室远程控制[3]。系统具备语音对讲和视屏监控功能，操作员可在调度室对井下架空乘人装置实时监控以及语音对讲。该系统运行稳定可靠，实现了多部架空乘人装置的集中控制联动，大大提升了煤矿井下人员的输送效率，为进一步提高煤矿现代化智能矿山建设打下了坚实基础。

6 结语

架空乘人装置监控系统配置结构简单，便于操作，系统运行稳定可靠，实现了多部架空乘人装置的地面调度室集中控制联动。设备出现故障能及时提示报警，大大加强了系统的安全性和可靠性，提高了煤矿的生产效率。