矿井架空乘人装置远程控制急停闭锁系统研究

王 野，郭栋梁

(1.三元微子镇煤业有限公司， 山西 长治 046000； 2.太原科技大学， 山西 太原 030024)

架空乘人装置是矿井辅助运输矿工的主要设备，该设备成本低、检修维护方便、能够远程监测控制。因此，在很多新建及改建矿井中被广泛采用，但是目前该设备在使用过程中造成的安全事故也时有发生，分析其原因主要有：急停保护装置落后，井下多采用传统的沿线急停保护装置，在紧急情况下使用拉线方式实现装置急停，由于巷道坡度和急停拉线自身重量影响容易发生急停拒动作或误动作现象；井下运输巷道空间小，在架空乘人装置与其他设备同巷布置时，拉线急停的安装支架造成通行障碍；巷道内无全程安全提示及语音播报装置；矿工缺乏安全意识，未能够按照规范安全乘坐。

针对上述安全问题，结合工业以太环网和CAN总线分散控制，利用物联网技术设计了一套矿井架空乘人装置远程控制急停闭锁系统来替代传统的拉线式沿线急停保护装置，实现矿工进入巷道时给出安全提示和语音播报，乘人装置运行状态的实时监控和控制中心的状态显示以及出现紧急情况时的急停闭锁。

1 系统总体设计

矿井架空乘人装置远程控制急停闭锁系统由3个子系统：安全提示及语音报警系统、状态监测系统、急停闭锁控制系统组成[1-3]，见图1.3个子系统通过本安基站和CAN总线与控制中心连接。安全提示及语音报警系统主要由矿用电子显示器、语音提示器构成，矿用电子显示器显示架空乘人器的运行速度、运行状态，语音提示器对整个巷道中的矿工进行语音安全提醒和紧急情况下的矿工应急疏散提醒。状态监测系统由本安型摄像仪、速度传感器等组成，本安型摄像仪对巷道内的架空乘人装置运行情况实时监控，速度传感器采集架空乘人装置的运行速度。急停闭锁控制系统由无线发射器、绞车控制器等组成，无线发射器安装在架空乘人装置吊椅上，设置有急停、呼叫两个键位，无线信号发射器通过本安基站与控制中心连接，绞车控制器接收控制中心信号来控制架空乘人装置启停。

2 系统工作方案

系统工作方案有两种：1) 运行过速欠速致装置急停闭锁。安装在巷道内的摄像仪和安装在架空乘人装置驱动轮上的速度传感器将采集的信号通过本安基站和CAN总线发送到控制中心，控制中心对数据处理、分析架空乘人装置运行是否过速或欠速，当存在过速或欠速问题时，控制中心通过本安基站和CAN总线向绞车控制器发出停机闭锁信号来执行保护动作，架空乘人装置制动急停闭锁。2) 紧急情况致装置急停闭锁。当矿工乘坐架空乘人器过程中遇到紧急情况时，按下安装在吊椅上的无线发射器的急

图1 矿井架空乘人装置远程控制急停闭锁系统图

停键位，无线发射器通过本安基站和CAN总线向控制中心发出急停信号，控制中心向绞车控制器发出停机信号，绞车控制器控制架空乘人装置急停，同时，按下无线发射器的呼叫键位向控制中心上报现场情况，便于控制中心了解现场信息。

3 该系统可实现功能

3.1 安全提示及语音播报功能

在巷道内每隔100 m安装一组矿用电子显示器和语音提示器，接入CAN总线，接收控制中心发送的文本及语音信息并将信息实时显示播报。文本及语音信息包括：架空乘人装置运行速度显示、运行状态显示、安全警示文字显示、安全提醒语音播报、紧急情况时的应急疏散播报[1].安全提示及语音播报功能图见图2.

图2 安全提示及语音播报功能图

3.2 系统状态监测及显示功能

速度传感器安装在架空乘人装置的驱动轮上，通过CAN总线和本安基站将采集的数据信息发送到控制中心，控制中心对采集的信息分析处理来监测架空乘人装置是否存在过速或者欠速问题并通过本安型摄像仪实时监控架空乘人装置的运行情况。控制中心LED显示器显示采集到的数据信息及巷道内的视频信息[2].

3.3 急停闭锁功能

无线发射器采用内置电池供电，体积小，安装方便，对煤矿现用的固定抱索和可摘挂钩两种架空乘人器，均可将无线发射器安装在吊椅上，闲置时自动关机降低发射器功耗，工作时各个无线发射器作为一个独立模块不受其他模块影响，每个架空乘人器均可精准定位，紧急情况发生时，任一矿工按下无线发射器的急停按钮都可将信号通过本安基站和CAN总线发送至控制中心，控制中心分析处理并将急停信号发送至绞车控制器，绞车控制器控制绞车快速制动停机，同时，控制中心快速定位故障乘人器的编号，及时对该设备进行检修维护。架空乘人装置运行存在过速欠速问题时,控制中心自动识别并向绞车控制器发送停机信号来完成架空乘人装置急停。

3.4 钢丝绳张紧力监测功能

在架空乘人装置运行过程中，钢丝绳张紧力下降会导致打滑现象，选用钢丝绳在线监测仪在克服钢丝绳抖动影响和采用强干扰电路克服各种无线电磁信号影响情况下对钢丝绳的张紧力状态进行检测。监测信息通过本安基站和CAN总线实时传输至控制中心，控制中心对监测信息进行分析处理，若钢丝绳的张紧力低于设定值，控制中心向绞车控制器发送停机指令使架空乘人装置停机闭锁。

3.5 解锁功能

维修人员处理故障后将故障信息上报至控制中心，控制中心查看巷道内摄像仪采集的视频信息，确定满足乘人装置解锁条件时，通过本安基站和CAN总线将运行信号发送至绞车控制器，绞车控制器控制绞车工作，恢复架空乘人装置正常运行。

4 系统所取得的效果

矿井架空乘人装置远程控制急停闭锁系统实现对设备运行状态的24 h监测，乘人装置运行状态在巷道中的实时显示，人性化的无线发射器安装方式并采用独立模块作业提高系统安全性，具备多种情况下架空乘人装置急停闭锁，能够实现钢丝绳张紧力的在线监测，控制中心的数据信息和视频信息显示功能确保在矿工做好准备的前提下恢复装置再运行。该系统实现了网络远程化控制，提升了设备故障查询效率，降低维修成本，提高了井下人员运输的智能化水平，保障了矿工的生命安全。