苗習生

【摘 要】現(xiàn)有斜井架空乘人裝置大都沒有設置緊急停車裝置,利用本系統(tǒng)可實現(xiàn)煤礦斜井架空乘人裝置正常停車、自動停車、緊急停車功能的全自動控制,從而保證煤礦斜井架空乘人裝置的安全運行。

【關鍵詞】斜井架空乘人裝置 自動控制 工作原理

一、問題的提出

斜井架空乘人裝置主要由機頭驅動裝置、機尾拉緊裝置、牽引鋼絲繩、乘人吊座、托輪裝置組成,俗稱猴車。

為了保證猴車的安全運行,2001年版《煤礦安全規(guī)程》中第368條規(guī)定:架空乘人裝置的驅動裝置必須有制動器;在其下人地點的前方,必須設有能自動停車的安全裝置。全國各煤礦的猴車大部分都有制動器;對于自動停車裝置,到目前為止,仍有相當一部分沒有設置;而對于緊急停車裝置,由于《煤礦安全規(guī)程》沒有要求,其在猴車上的應用就很少了。因而研制具備正常停車、自動停車、緊急停車功能的猴車自動控制系統(tǒng)很有必要。

二、硬件選擇

1.制動器

制動器是實現(xiàn)正常停車、自動停車和緊急停車的前提,制動器選擇是否合理是關系到猴車能否安全運行的主要因素。制動器有手動制動器、電氣制動器、電磁鐵制動器等。

(1)手動制動器,發(fā)生事故時不能及時停車,造成擠傷乘人的事故不止一次發(fā)生。因此,不應采用手動制動器。

(2)電氣制動器。當猴車斷電停車時,取自礦用防爆照明變壓器的127V交流電,經(jīng)半波整流輸送到電動機兩相繞組中,實現(xiàn)電氣制動。這種做法在正常情況下可采用,但全礦井下突然停電情況下,電氣制動就不會起到制動作用,這時猴車吊座就會在重力作用下向下加速運行,越來越快,從而造成乘坐人員的混亂。在混亂中乘坐人員就會慌不擇路,匆忙下車,因而就難免受到傷害。這正是電氣制動的致命缺陷。

(3)電磁鐵制動器。電磁鐵制動器具有很高的可靠性。當電磁鐵有電時,制動閘松開制動輪,從而使電動機運行;當電磁鐵斷電時,制動閘抱緊制動輪,從而進行制動。由于猴車運行速度很低(《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定:架空乘人裝置的速度不得超過1.2m/s),即使猴車突然停車,也不會造成事故,因此沒有必要控制制動速度與制動距離。

電磁鐵取自猴車的電源。當猴車開車時,電磁鐵迅速打開,電動機運行;當猴車停車時,電動機停止運行,同時電磁鐵斷電,進行制動。如遇礦井下突然停電,電磁鐵由于斷電同樣可以安全制動。某礦井下采用電磁鐵制動器多年,至今運行狀態(tài)良好。

2.自動停車裝置

自動停車裝置,有多種控制形式。根據(jù)所選用的傳感器的不同,所形成的控制電路也不同,相關的機械部件也不同。

(1)由永久磁鋼和干簧管組成的傳感器。以永久磁鋼和干簧管組成傳感器,形成控制電路,分別布置于斜井坡頭、坡底的上車、下車地點,從而實現(xiàn)了無人乘坐自動停車、在下車地點人未下車自動停車的功能。

(2)紅外線傳感器。由于紅外線傳感器沒有電接點,因此其具有靈敏、可靠、使用壽命長的特點。紅外線傳感器布置于斜井坡頭、坡底的下人地點的前方。利用紅外線傳感器,可以設計出符合要求的控制電路,形成獨特的自動停車裝置。

3.緊急停車裝置

猴車在運行過程中發(fā)生事故怎么辦?這就需要緊急停車裝置。根據(jù)實際情況,可在斜井的左側和右側各設置一條控制用鋼絲繩,也可在上行與下行鋼絲繩的中間僅設置一條控制用鋼絲繩,高度以乘坐人員伸手能抓住為標準。鋼絲繩每100m分成一段,在每段中間可設置幾處鋼絲繩滑輪。每段與其它部分截開,每段一端用彈簧拉緊,并有一常開電接點。在巷道內設置與控制電路相連的多芯電纜,多芯電纜與這些接點相連。當發(fā)生緊急情況時,乘坐人員可及時拉這些鋼絲繩,使接點閉合,從而實現(xiàn)緊急停車。

4.計算機

計算機是實現(xiàn)自動控制的核心。從性能價格比考慮采用Intel公司的MCS-51系列的8031單片機。該機有以下特點:具有功能很強的8位中央處理單元(CPU);片內有時鐘發(fā)生電路(6MHz或12MHz),每執(zhí)行一條指令時間為2μs或lμs;片內具有128字節(jié)RAM;具有21個特殊寄存器;可擴展64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲器和64K字節(jié)的外部程序存儲器;具有4個I/O口,32根I/O線;具有2個16位定時器/計數(shù)器;具有5個中斷源,配備2個中斷優(yōu)選級;具有一個全雙功串行接口;具有位尋址能力,適用邏輯運算。這種芯片集成度高、功能強,只需增加少量外圍器件就可以構成一個完整的微機系統(tǒng)。

由8031單片機組成的自動控制系統(tǒng)硬件結構框圖如圖1所示。

三、軟件設計

軟件采用匯編語言設計,模塊化結構。軟件主要由初始化模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、程序監(jiān)控器復位程序、中斷服務程序、數(shù)據(jù)處理及數(shù)字濾波等通用子程序組成。系統(tǒng)軟件工作流程如圖2所示。

四、工作原理

系統(tǒng)在工作時,計算機不斷在檢測開車信號、自動停車信號、緊急停車信號。

本系統(tǒng)在斜井坡頭、坡底的上人地點,設有開車信號按鈕。在上車地點前10m處設置一傳感器,當乘坐人員通過時,發(fā)出電信號。此信號做為開車信號處理。如此設置是為了防止在猴車運行過程中,有人忘記按開車按鈕,坐至坡中間而停車現(xiàn)象的發(fā)生。人員在乘車地點上車前,按下開車信號按鈕。此信號傳到計算機進行處理,指令執(zhí)行機構動作,猴車開動,同時計算機進行延時處理,當延時完成后,計算機發(fā)出指令,猴車停車。延時時間的長短以大于乘人單程運行時間10-20s為宜。

在猴車運行時,如果在下人地點有人未下來.設置于下車地點前方的傳感器發(fā)出信號,經(jīng)計算機處理,指令猴車停車。當此信號消失后,如果行車延時還未完成,則猴車繼續(xù)運行。

在猴車運行過程中,如果有緊急停車信號,則計算機指令猴車停車,并發(fā)出警報。在此種情況下,開車信號不再起作用,只有等有關人員查明原因,進行處理,對計算機進行復位后,系統(tǒng)才能重新開始工作。

五、結束語

利用本系統(tǒng)可實現(xiàn)煤礦斜井架空乘人裝置全自動控制。較人員操縱系統(tǒng)具有以下特點:安全系數(shù)高,減少了設備的無效運行時間,從而減少了設備機械磨損,減少了事故發(fā)生的概率,又節(jié)約了人員與電能,降低了生產成本。因而,采用自動控制系統(tǒng)是一舉多得的事情。