煤矿固定抱索器架空乘人装置电气控制与保护功能浅析

张子明 孔宪越

摘 要：煤矿固定抱索器架空乘人装置是煤矿井下斜巷及远距离输送工作人员较理想的运输工具，具有载人量大、速度快、安全可靠等优点，大大减少了矿工的劳动强度，提高了工作效率。应用可编程序控制器PLC及其扩展功能，进一步完善架空乘人装置电气控制与保护功能，同时也使架空乘人装置运行安全性和可靠性得到有效提高，能够有力促进煤矿的安全生产。

关键词：架空乘人装置；电气控制与保护；安全性与可靠性

煤矿固定抱索器架空乘人装置控制系统运用可编程序控制器PLC及其扩展功能，对各种传感器和保护开关采集的信号运行运算处理，实时监控系统运行状态和运行参数，对架空乘人装置进行科学控制和有效保护。采用更加人性化的人机界面，操作人员能够直观地了解设备运行状态。对架空乘人装置电气控制与保护功能进行合理配置，确保设备安全运行。

1 架空乘人装置电气控制与保护功能

1.1 架空乘人装置电气部分组成

架空乘人装置电气部分包括矿用隔爆兼本安型电气控制箱、矿用本安型电气操作台、矿用本安型温度变送器、矿用本安型压力变送器、矿用本安型跑偏开关、矿用隔爆型行程开关、矿用隔爆兼本安型声光报警器、广播系统、矿用隔爆兼本安型控制开关（变频器、软起动器）和矿用控制电缆等。

1.2 控制功能

（1）架空乘人装置起动时按动操作台的起动按钮，电控系统中可编程序控制器PLC发出起动预警指令，提示沿线人员注意安全。预警输出为继电器常开无源接点，可外接预警电铃或广播系统，预警时间6-10秒。

（2）广播系统包括播放器和沿线设置的多功能音箱，具有起动预警、打点、语音通话、播放背景音乐和广播功能。机头控制峒室、操作台和机尾单独设置，沿线间距50米。

（3）起动预警结束后，制动液压站1#液压系统油泵电动机起动，1#液压系统电磁阀同步动作，盘式制动器打开，压力变送器采集压力信号。如果油泵电动机起动10秒后检测不到压力信号或压力信号不正常，起动过程终止，操作台显示故障种类并声光报警。系统正常时，盘式制动器打开后延时2秒液压推杆制动器打开，再延时2秒主电机起动。

（4）制动液压站1#液压系统和2#液压系统共用1只压力变送器，安装在液压站双液压系统的共用出口，用于采集液压系统压力信号。

（5）配置蓄能器的制动液压站能够利用压力变送器采集的压力信号对油泵电机进行经济运行控制，使系统压力保持在6MPa-8MPa之间。经济运行状态油泵运行时间很短，蓄能器保持压力时间很长，节能效果显著，从而实现经济运行。

（6）制动液压站控制为双液压系统配置，一套正常运行，另一套备用，1#系统和2#系统的切换由操作台上的转换开关和制动液压站起隔离作用的高压球阀实现。

（7）在机头和机尾站点前15-20米分别设置声光报警装置，当乘员接近站点前发出“前方到站请下车”的语音提示，提醒乘员到站安全下车。

（8）正常停车时按动操作台的停止按钮，主电机首先断电，延时2秒推杆制动器断电制动，再延时2秒电磁阀断电复位，盘式制动器制动。紧急停车时主电机断电，液压推杆制动器和盘式制动器同时动作，使架空乘人装置迅速停止运行。

（9）运送火工品时由架空乘人装置操作人员打开操作台上的火工品运输报警开关，沿线广播系统的多功能音箱发出“火工运输、禁止行人”的报警声，同时各偏口红色信号灯点亮，确保火工品运输安全。

（10）触摸屏实时显示系统运行状态，正常时显示运行参数画面，当故障停车时显示故障种类及位置等信息。

1.3 保护功能

（1）速度（超速、欠速）保护。转速传感器安装机头传动部前方托绳轮里侧的安装支架上，用于检测钢丝绳运行速度，当钢丝绳超速或打滑时使控制系统断电停车，同时在操作台显示故障种类。钢丝绳运行速度不应高于或低于正常速度的15%。

（2）机头、机尾越位保护。在机头传动轮和机尾倒向轮前入绳侧安装行程开关或跑偏开关，当乘员越过安全线时触动行程开关或跑偏开关发出越位信号，使控制系统断电停车，保护动作时在操作台显示故障类别。

（3）脱绳保护。脱绳保护传感器采用行程开关或跑偏开关，两只为一组，对称安装。机头机尾和沿线的变坡点设置脱绳保护开关。架空乘人装置运行过程中，当钢丝绳脱离绳轮轮槽时触动行程开关或跑偏开关，发出脱绳信号使控制系统停车，同时在操作台显示故障类别和动作开关位置编号。

（4）急停保护。沿线拉线急停保护采用急停拉线开关，沿线间隔距离≤50米。架空乘人装置运行过程中，当乘员发现紧急情况时可拉动急停拉线，急停开关动作发出停车信号使控制系统停车，同时在操作台显示故障种类和动作开关位置编号。

（5）驱动轮和倒向轮防异物导入保护。在驱动轮和倒向轮入绳侧设置行程开关或跑偏开关，当有异物导入机头传动轮或机尾倒向轮前发出停车信号使控制系统停车，同时在操作台显示故障种类。

（6）张紧装置前位移保护。张紧装置前位移保护传感器采用行程开关或跑偏开关，当机械系统发生故障使张紧装置向前位移超限时发出停车信号使控制系统停车，同时在操作台显示故障种类。

（7）重錘下限位保护（断绳保护）。重锤下限位保护（断绳保护）传感器采用行程开关或跑偏开关，当重锤下降到极限位置，张紧装置失去作用时发出断电信号使控制系统停车，同时在操作台显示故障类别。

（8）制动液压站油温保护。由矿用本安型温度变送器采集液压站油温模拟量信号，经PLC运算处理，当温度达到设定值时发出停车信号使控制系统停车，同时在操作台显示故障种类别。制动液压站液压油温升不得超过34℃，最高油温不应超过70℃。

（9）减速器油温保护。由矿用本安型温度变送器采集液压站油温模拟量信号，经PLC运算处理，当温度达到设定值时发出停车信号使控制系统停车，同时在操作台显示故障种类别。减速器齿轮油温升不应超过35℃，减速器壳体表面温度不应超过75℃。

（10）制动液压站油压保护。由矿用本安型压力变送器采集液压站油压模拟量信号，经PLC运算处理，当油压超过或低于设定值时发出停车信号使控制系统停车，同时在操作台显示故障种类别。正常运行时液压站压力为6MPa-8MPa。

（11）架空乘人装置安装在运输巷道时与沿线运输绞车电气互锁。架空乘人装置运行时运输绞车不能起动，绞车运行时架空乘人装置不能起动。

（12）架空乘人装置安装在运输巷道时与下水平铁道阻车器互锁，架空乘人装置运行时矿车铁道阻车器在挡车状态，矿车不能进入机尾回转区域；架空乘人装置机尾回转区域有矿车时阻车器在通车状态，架空乘人装置不能起动。

（13）具有保护闭锁功能。所有引起停车的保护动作后，控制系统自动闭锁，起动前必须首先将故障解除再按下操作台的故障复位按钮，控制系统复位后方可重新起动架空乘人装置。

（14）控制系统闭环控制功能。具有各种控制开关（变频器或软起动器）运行及故障反馈功能，实现控制系统闭环控制。

（15）具有过载、过流、漏电等保护功能。由电动机的控制开关（变频器或软起动器）实现过载、过流、漏电等保护功能。

（16）双制动器保护。配置双制动器即液压推杆制动器和盘式制动器，分别作用于减速机的高速轴和驱动轮，设备正常起动和停止时双制动器均由电控系统进行程序控制，紧急停车时同时断电制动，使设备迅速停止运转。

（17）系统防静电保护。在机头前第一架横梁上安装钢丝绳接地装置，并将该装置与接地极做可靠电气连接。设备运行过程中，钢丝绳和聚氨脂承磨垫摩擦产生的静电被直接导入大地，避免形成危害。

2 结语

随着我国煤炭工业生产机械化和自动化程度的不断提高，煤矿运输设备技术性能也在不断向更高层次发展。通过可编程序控制器PLC及其扩展功能的运用，煤矿固定抱索器架空乘人装置电气控制与保护功能得到进一步完善，从而保证了设备运行的安全性和可靠性，使煤矿井下人员运输更加安全快捷，有利于煤矿的安全生产。

参考文献：

[1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京：北京航天航空大学出版社，2013.

[2]王栋.煤矿设备电气控制与PLC應用技术.北京：机械工业出版社，2014.

[3]李俊成，郭刚.煤矿井下智能设备电气控制实用技术.北京：煤炭工业出版社，2014.

作者简介：张子明（1967-），男，毕业于东北大学机械工程及自动化专业，铁法煤业集团机械制造有限责任公司技术科主任工程师。