架空乘人装置安全保护运行的可靠性研究

孙兆军 李 军

（肥城矿业集团有限责任公司，山东 肥城271608）

1 架空乘人装置现状及解决的技术关键

随着当代采矿技术的不断发展，对机械运人装置的要求也在不断提高，实现人员运输机械化是煤矿井下的一项重要安全措施，对于减轻井下职工的体力消耗节省上下班路途时间和矿井安全生产有着重大的意义。

随着架空乘人装置（俗称“猴车”）的广泛应用，架空乘人装置的安全性越来越引起人们的高度重视；为接受国内发生的井下架空乘人装置运行事故教训，对事故发生的原因，经仔细分析、排查、研究，发现矿井现用很多架空乘人装置在安全保护设计上存在缺陷，运行中存有安全隐患，提出此解决方案，对其进行系统改造，增加相关保护、闭锁功能，使其安全可靠的运行。

目前架空乘人装置存在的安全保护功能不足、动作不够灵敏的缺点，主要是缺少：与速度相关的一些保护功能；沿途未安装急停装置；驱动轮无制动装置；不能实现无人值守功能。

针对上述问题，添加相关设备、部件，配以修改的PLC控制程序，在留有原保护的基础上，增加过、欠速保护、反转保护、驱动轮制动等安全保护，使其保护功能更加完善。

2 解决的技术途径

2.1 与速度相关的保护功能

在电机轴、驱动轮和压绳轮上分别安装旋转轴编码器，将它们采集的脉冲信号送入PLC，通过程序处理，变成归整的速度值，时刻监测三个部位的速度，以电机轴速为基准，对其两两比较，可以判断运行状况。如将电机轴与驱动轮的速度比较，可以判断是否发生断轴事故；将电机轴与压绳轮的速度比较，可判断是否发生滑绳现象。由于架空乘人装置始终是单向运行，还可根据轴编码器输出的正反转信号，来判别是否发生反转。

正常运行时各部位的速度应该在短暂的时间里、很小的范围内变动，在此规定速度的允许变动范围在10%-15%，时间限定在5秒之内（变动范围和时间限定可根据现场实际情况调整），在此范围和时间内，各部位出现的速度波动可认为是正常扰动，保护不动作。当任一部位的速度波动超出允许变动范围和限定时间，则可判定发生事故或出现不正常运行情况，电控系统保护动作断电，制动闸抱闸，迅速停车制动。

2.2 沿途安设急停装置

人行上下山沿途分段安设紧急停车装置，可在发生意外和紧急情况下，就地按动急停开关，停车信号送至主机柜，主机柜控制架空乘人装置断电，制动闸抱闸，停车制动，急停开关按下后无法自动弹回，排除险情后，需人工旋转使其复位，方可开车。

安设的紧急停车装置由主机柜和多个急停开关组成，主机柜放置在架空乘人装置控制柜旁边，能够显示各个急停开关的动作情况，便于工作人员快速查看沿线情况。急停开关沿人行下山分段布置，安装于巷道一侧。主机柜和各急停开关装有通话装置，在控制车房内可与各急停开关处方便通话，了解沿线情况。

2.3 驱动轮制动装置

架空乘人装置原有一液压制动装置，安装在电机和减速箱之间的对轮上，安装位置决定它在减速箱内和减速箱与驱动轮的连接轴发生断轴事故后，无法对整个装置实施安全可靠的制动，为一严重隐患。在对电控系统改造的同时，在驱动轮上安装一副制动闸瓦，它的动作和原有的液压制动装置一致，当启动架空乘人装置时，两副闸同时打开，经过很短的延时后主电机起动，架空乘人装置进入运行。当按下停止按钮或保护动作后，首先切断主电机电源，两副闸随后立即动作，同时抱闸，迅速制动。

2.4 自动实现怠速运行和高速运行相互转换

采用红外人员感应器，通过红外感应人员的上、下车情况，自动实现怠速运行和高速运行相互转换。架空乘人装置正常运行时，通过上下山红外人员感应器感应到人员上车后，给三菱可编程控制器输入点发出一个上升触发信号，使可编程控制器输出一个高速控制信号，进而控制中间继电器，将其断电，使其常闭点闭合，从而使变位电阻接通输出高速频率，进而使电机在高速状态运行。

当感应器感应不到人员上车，并且经过三菱可编程控制器内计时器定时12min后，给三菱可编程控制器输入点一个下降触发信号，使可编程控制器输出低速控制信号，进而控制中间继电器吸合，使其常开点闭合，使变位电阻接通，从而输出低速频率，进而使电机在低速状态运行。

3 技术优势

利用旋转轴编码器，以电机轴速为基准，采集电机轴、驱动轮和压绳轮运行的脉冲信号送入PLC，通过程序处理，变成归整的速度值，时刻监测三个部位的速度，判断架空乘人装置运行状况。由于架空乘人装置始终是单向运行，还可根据轴编码器输出的正反转信号，来判别是否发生反转。一旦出现异常，PLC切断电动机电源，驱动轮液压制动闸和安装在电机与减速箱之间的对轮上液压闸的动作，从而实现断轴保护、滑绳保护、过欠速保护、反转保护。这种速度检测和控制技术，准确、稳定、可靠、安全。

嵌入式系统、可靠的现场CAN总线技术，加上丰富的系统接口，构成了KTC101系统。KTC101系统是具集控、检测、保护、通话、语言报警于一体的控制系统。系统采用了先进的工业嵌入式计算机（PC340）控制和现场CAN总线技术，完成集中＋分布式控制，两条控制沿线不需要中继；主控采用10.4吋液晶显示屏，以彩色图形、动画、汉字的形式给出设备各种状态，无论是参数设定还是故障位置均以汉字显示；除电源箱外，系统其他所有部件均为本质安全型设备，从而使系统的密封至少达到了IP54标准，接插件达到了IP67。利用其操作简单、维护方便、抗干扰、高兼容性、隔爆等特点，应用于架空乘人装置也属国内首次。

4 应用效果

项目投入使用后，缩短了职工上下班步行距离，减少职工的体力消耗；乘员乘坐安全舒适，系统起停平稳，运输运行，无冲击，运行噪音小，操作简便；系统自动化程度高，系统维护量小，易于管理；通过调整参数，方便地进行工作方式的切换，为设备检修提供方便；具有先进性、通用性、升级简单等特点，可接入防过人保护，防掉绳保护，松绳保护，拉线急停功能；可实现架空乘人装置的沿途通讯、沿线急停、过欠速保护、断轴保护、滑绳保护、反转保护等多种安全保护。速度检测和控制技术，准确、稳定、可靠、安全，应用范围广，使架空乘人装置的运行更安全、更可靠。