煤矿架空乘人装置PLC电气自动控制系统研究

 煤矿活动抱索器架空乘人装置（以下简称乘人装置）是煤矿井下辅助运输设备，主要是运送人员上下斜巷或平巷之用。它主要由驱动装置、托绳装置、乘人器、迂回轮装置、张紧装置、安全保护装置及电控装置等组成，具有安全保护齐全、运行安全可靠、人员上下方便、无需等待随到随行、操作简单、维修方便、动力消耗小、输送效率高、一次性投资低等特点，是一种新型的现代化煤矿井下人员输送设备。
1 机械部分
1.1 架空乘人装置是通过电动机带动减速机构上的驱动轮，摩擦传动架空线路上的脱、压绳轮的钢丝绳，由钢丝绳带动其上的吊椅在驱动轮和尾轮之间作运动。驱动装置主要由电动机、减速机、制动器、驱动轮、机架及电器控制部分所组成；采用SEW减速机，该减速机的特点是：免维护、噪音小、体积小功率大、温升小、性价比高等。
1.2 架空乘人装置钢丝绳选用线接触右同向捻带纤维芯的镀锌股式结构钢丝绳；编接接头的长度，不得小于钢丝绳直径的1000倍。
1.3 抱索器是架空乘人装置的重要部件，活动抱索器利用橡胶衬块与无油镀锌钢丝绳之间的静态摩擦力固定在钢丝绳上，抱索器的抗滑力不得小于吊椅总重力（吊椅自重力+有效载荷）或线路最大坡度沿运载钢丝绳切线方向的分力三倍；活动抱索器利用利用静摩擦力的作用，延长了钢丝绳的使用寿命，与固定抱索器相比，省去了移动抱索器夹的工作；相对更能保证乘坐人员的安全。
2 电气控制及信号系统
2.1 电控系统可实现的功能概述。本控制系统采用日本三菱FX2N系列PLC技术，实现可编程控制；启动前预警信号、开车、停车按设定程序自动控制；可实现与外部设备电气互锁；可实现架空乘人装置沿线拉停车；可实现架空乘人装置欠速、过速保护；可实现电机失压、短路、断相、过载保护；可实现掉绳脱槽保护；可实现重锤落地保护；可实现越站保护；可实现减速机油位极限保护报警；可实现减速机油温报警；可实现下车点安全语言提示。
2.2 显示窗功能信号箱触摸屏显示“失压”、“过速保护”、“欠速保护”、“掉绳保护”、“重锤下限”、“全程急停”、“减速机油温超限”等故障显示。在操作台触摸屏上有“变频器故障复位”、“连续运行”、“间断运行”、“延时记忆”、“急停/禁启”、“故障复位”、“运行/调试”、“运行速度选择”、“画面切换”等十个功能按钮和开关。
2.3 三种运行方式，即“连续”、“间断”、“调试”，并在显示窗上显示所选。①连续运行方式。系统在启动后，将24小时不停地运行，此状态适用于人员流动较大的矿井，窗口显示“连续运行”，系统运行画面。如果配置了无人值守功能，当有人坐上吊椅时，通过上车站检测传感器发出猴车启动信号，系统将按正常启动程序自动启动猴车，实现无人值守的启动模式。②断续运行方式。此运行方式是一种节能的运行方式，将以程序内部设定的时间（如10分钟）限时运行。启动后计时器开始计时，当有上人检测信号时，时间将返回到原来的数值并重新计时，即时间记忆刷新，当剩余时间为0时系统将自动停机。③调试/运行。当检测开关打到调试状态时电控装置的控制回路就会屏蔽掉安全保护功能，只有架空乘人装置的沿线急停保护可以正常使用。当检测开关打到运行状态时电控装置控制回路的各种保护就可以正常使用了。
2.4 停止。在系统运行的任何状态下，按下“停止”按钮，制动电机自动停机制动抱闸，乘人装置电机自动停止。同时轮边制动器的油泵和抱闸电磁阀通电启动，钳型闸抱闸制动，同时轮边制动器行程开关恢复原状，为下次启动运行做准备。
2.5 急停、禁启。此按钮具有电控闭锁功能，在系统进入待机状态时，按下此按钮后，按钮自锁，此时不管是机头还是机尾的启动按钮都将不能启动系统运行，即系统处于“禁启”状态，同时窗口显示“急停、禁启”，将此按钮往顺时针方向旋转，按钮将自动回位，回位并按下一次“故障复位”按钮后，“禁启”消除。
2.6 故障复位。当故障处理后，按下此按钮，将程控机内的故障闭锁清除，系统回到待机状态。
3 安全保护
3.1 机头、机尾设置了静态上下车装置，乘车人员在吊椅处于静态的状态下乘坐，通过检测系统控制乘坐人员的乘人间距，乘人间距达到15米后，检测装置提示灯亮后，乘坐人员按下开关按钮，利用人体的重力作用带动活动抱索器上的滑轮在吊椅存储装置中自动滑入正在运转的钢丝绳上；乘车人员到达机尾后，吊椅在钢丝绳惯性力的带动下进入静态下车装置，利用活动抱索器的滑轮人员进入吊椅存储装置；乘坐人员在吊椅处于静止的状态下乘坐，从而保证了乘车人员的安全。
3.2 过速、欠速保护由GSH1500转速传感器和支架组成，当系统运行中速度传感器检测到的运行速度低于设定速度的20%时或超过设定的速度的10%时，控制系统接受信号，自动将控制系统停止运行，并发出故障报警声，同时显示窗口显示相应的“欠速保护”或“过速保护”，从而避免飞车时对乘坐人员造成的伤害和打滑时对设备造成的损坏。
3.3 重锤下限位保护由GEJ30型矿用本安跑偏开关和？准3mm的塑套钢丝绳相联，当重锤因牵引钢丝绳的伸长而下降，下降的重锤牵引？准3mm的塑套钢丝绳，拉动GEJ30型矿用本安跑偏开关，使GEJ30型矿用本安跑偏开关的触电闭合，给控制系统一个限位信号，控制系统将会自动停止运行，并发出故障报警。同时显示窗口将显示相应的“重锤下限位”，从而避免了因重锤落地而造成的牵引钢丝绳无张紧力而打滑的现象。
3.4 上变坡点掉绳保护由矿用本安型跑偏开关和支架组成，由于钢丝绳的张紧力不够或托压绳轮的安装的中心偏离，以及托压绳轮的轮衬磨损未及时调整时，都会导致牵引钢丝绳从托绳轮上往下掉落，此时，安装在上变坡点的捕绳器会自动捕绳，从而避免了牵引钢丝绳的脱落而造成的人身伤害，同时掉绳保护开关给控制系统一个信号，乘人装置自动停机。
3.5 全程急停保护由GEJ30本安型跑偏开关钢丝绳及吊架和MKVVR型16×0.75本安型通讯电缆组成，安装在乘人装置沿线两钢丝绳中间的吊桶斜拉金具上，距地面高度为1.2m；紧急停车的开关装置安装间距应不大于50m，并与直径为？准3mm的塑套钢丝绳相联，在沿线的任意一个地方只要拉动该钢丝绳，相应最近的急停拉线开关将给系统一个急停信号，控制系统将自动停止运行，并发出故障报警，同时显示窗将显示“多少号急停”。
4 结束语
煤矿架空乘人装置以PLC编程自控为核心，实现了简化操作，自动化控制程度高，具有延时自动停车等功能，节约了电能减少了设备磨损，延长使用寿命，降低设备运行成本，提高了经济效益。