“防呆法”在矿井提升机电控系统中的应用

张泽园

摘要：认识“防呆法”的意义，及应用“防呆法”的原理于矿井提升机电控系统，针对现实中遇到的问题，加以必要的改善，以避免工作错误的发生，进而达到“第一次就把工作做对”之境界。生产过程隐藏着大量的出错机会。人们常常因疏忽大意而出现错误。本文将通过一些案例的分析说明隐患的防范和纠正方法，这些都是工作中的重要内容。

关键词：“防呆法”；矿井提升机电控系统；应用

工业工程（Industrial Engineering，IE）是一门应用科学，它兼有管理及工程技术的知识领域，它将传统的工程技术融合于现代的科学管理技巧之中，随着IE的导入，可弥补原有管理及工程技术之脱节。“防呆法”作为IE的一种重要手法，在实际工作中得到广泛应用。矿井提升机是联系地面和井下的“咽喉”，是矿井生产系统中重要的机电设备之一，其运转的安全性、可靠性、经济性不仅影响整个矿山的生产，而且还涉及人员的生命安全。“防呆法”在矿井提升机电控系统中应用，以确保提升设备高效、安全、可靠地运行。其根本目的是操作人员想犯错都犯不了，确保提升机的安全运转。

一、防呆法介绍（Fool-Proof）

（一）、“防呆法”含义：

“防呆法”，其义即是防止呆笨的人做错事。亦即，连愚笨的人也不会做错事的设计方法。狭义：如何设计一个东西，使错误绝不会发生。广义：如何设计一个东西，而使错误发生的机会减至最低的程度。因此，更具体的说“防呆法”是：1、具有即使有人为疏忽也不会发生错误的构造──不需要注意力。2、具有外行人来做也不会错的构造──不需要经验与直觉。3、具有不管是谁或在何时工作都不会出差错的构造──不需要专门知识与高度的技能。

（二）、功用：

积极：使任何的错误，绝不会发生。消极：使错误发生的机会减至最低程度。

（三）、基本原则：

在进行“防呆法”时，有以下4原则可供参考：1、使作业的动作轻松。2、使作业不要技能与直觉。3、使作业不会有危险。4、使作业不依赖感官。

（四）、应用原理：

1、断根原理：将会造成错误的原因从根本上排除掉，使绝不发生错误。2、保险原理：藉用二个以上的动作必需共同或依序执行才能完成工作。3、自动原理：以各种光学、电学、力学、机构学、化学等原理来限制某些动作的执行或不执行，以避免错误之发生。4、相符原理：藉用检核是否相符合的动作，来防止错误的发生。5、顺序原理：避免工作之顺序或流程前后倒置，可依编号顺序排列，可以减少或避免错误的发生。6、隔离原理：藉分隔不同区域的方式，来达到保获某些地区，使其不能造成危险或错误的现象发生。7、警告原理：如有不正常的现象发生，能以声光或其它方式显示出各种“警告”的讯号，以避免错误的发生。

二、涡北矿主井直流提升机电控系统介绍

提升机型号：JKMD3.5×4（III） 落地式多绳摩擦提升机，提升高度663m，最大提升速度9.163m/s，天轮直径3.5 m，主电机ZKTD-250/50，功率1400kW。主回路采用原装西门子公司生产的6RA70成套全数字直流调速装置，并联12脉动，逻辑无环流方式。矿井提升机控制系统采用河南焦作华飞电子电器工业有限公司设计的ZTDK-ZN-01SP电控系统。电控系统的核心设备采用日本三菱可编程控制器。

三、涡北矿主井提升机电控系统“防呆法”的应用。

涡北矿主井提升机电控系统自2006年底投入运行，针对在实际生产运行出现的一些问题，我们技术人员精心思考，采用防呆法应用原理，经过调试试验，对原系统作出了一些改善，取得了良好的效果。

（一）、井筒内磁控开关更换为无源型。

矿井提升机电控系统在井筒井架上安装减速、到位、过卷等磁控开关，焦作华飞电子电器公司生产的交直流電控系统在井筒井架上安装的磁控开关均为有源型。由于有源型磁控开关需要外部提供（24VDC）电源才可工作，井筒中一旦淋水量较大时，电源可能发生短路，造成可编程控制器（PLC）停止运行造成紧急停车，影响正常提升。且我矿现用的焦作华飞公司生产的有源型磁控开关防爆外壳体积大，在主井井筒内减速点处易被掉落的小块矸石砸坏。生产两年来已发生3次短路故障，矸石砸坏磁控开关5个。

改造后，使用无电源型磁控开关后，有效的防止了淋水、矸石砸坏等短路故障。并且磁控开关动作更加灵敏可靠，故障率明显减少，并且节省了材料成本。

此处改善是“防呆法”断根原理的一种典型应用，从根本上杜绝了在井筒内淋水坠物恶劣环境下因减速开关损坏造成可编程控制器DC24V电源短路的安全隐患。

（二）加设负荷测量。

主井提升机承担着提升原煤的生产任务，由于原煤含水量较大，正式生产以来，出现箕斗提升至上井口后卸载不掉或卸载不完全的情况，箕斗再次装载，造成装重罐，超载，若超载量过大，造成无法提升，提升机司机仅能通过观察主控台上电枢电流表的偏摆幅度来判断负载的大小与变化，若提升机司机发现不及时，导致重罐下放。即使及时发现，也需要调集人员从箕斗中往外攉煤，由于箕斗内空间狭小，只能一人作业，正常情况下需要1.5小时以上才能正常提升，影响生产的连续进行。此种情况不能达到有效的“防呆”，存在安全隐患。

根据提升机电流与负载成线性关系的特征，观察提升机在不同运行阶段（初加速、加速、等速、减速、爬行）显示的电流值，当电流异常时，相应的反映负载的变化。采用DSCL电流变换模块，取样于电枢回路0～±75mV的电压，处理为0～±10V的标准信号电压，经A/D转换模块FX2N-4AD转换成数字量，作为电枢电流信号量，供PLC机使用。再通过修改电控系统的可编程控制器（PLC）内部的程序，加设声光报警和驱动中间继电器，达到报警和安全闭锁的目的。在煤未卸尽时，两箕斗平衡重量后，电流减小到一定值，“欠负荷”保护报警。装载量在13吨以上时，加速段电流增大一定比例以上时，“超载”保护报警。

此处改善是“防呆法”自动原理、层别原理、警告原理、缓和原理的一种综合应用，以解决主井箕斗中原煤卸载不完全可能引起装重罐造成过放事故而影响生产连续进行的安全隐患。

（三）其它改善

1、增加极限开关：为防止发生过卷事故，在井架过卷开关上方1米处加机械式开关，定义为极限过卷开关，串入制动泵控制回路。相当于又增加了一种安全保护，以避免过卷事故的发生，确保提升机的安全运行。涡北矿主井提升机过卷保护现有主控机内数据过卷保护、监控机内数据过卷保护、后备综保过卷保护、外部磁控开关过卷保护、外部机械式极限过卷保护。此处改善应用了“防呆法”自动原理和隔离原理。

2、增加2米速度保护：井筒内增加主控机、监控机2m/s保护，即到该位置后速度必须降至2m/s以下，从根本上防止减速功能失效，确保提升机安全。

3、增加不同电压控制电源隔离继电器：主控台主要有220V、24V两种电压等级的控制电路。曾经出现220V串入24V电路系统，导致烧坏24V继电器板。为了减少这种情况，在220V与24V之间增加一个中间继电器进行隔离，有效的防止了这种情况的发生。

4、增加“切除程序保护”声音报警：司机操作台上“切除程序保护”按钮是一把双刃剑，在故障态下为了应急提升，短暂的将故障点切除应急提升，能确保人员的安全。增加蜂鸣器提示，按下该按钮后会提醒操作人员此时处于不安全状态运行。若按钮损坏，蜂鸣器用以提醒现场人员存在故障，及时予以排除。此处改善应用了“防呆法”警告原理。

以上改造方案适用于立井直流摩擦式提升机，对交流提升机亦有借鉴价值。

参考文献：

[1]国家煤矿安全监察局，煤矿安全规程，煤炭工业出版社，2016年。

[2]王家兴，防呆法的活用/世界优质管理书系，广东经济出版社，2008