煤矿斜巷智能安全控制系统的研究与应用

煤矿斜巷智能安全控制系统的研究与应用

1煤矿化程度不高，制约煤矿生产效率钻井辅助运输安全管理一直是煤矿安全生产的薄弱环节。辅助设备均为手动操作，自动化程度低，严重制约了矿山生产效率的提高。为了保障斜巷运输的安全性、高效性,满足矿井斜巷运输安全生产的要求,降低安全事故概率,减少经济损失,提高井下运输车辆运行自动化程度,创建高保障安全生产环境,对煤矿斜巷智能安全控制系统进行了自动化研究、开发与应用。2系统设计斜巷安全自动化控制系统整体设计内容包括:人机交互系统、网络通讯系统、程序控制系统及语音信息播报系统等。2.1供钩头及车辆的实时运行人机交互系统通过测速及测距传感器(增量式旋转编码器和绝对值编码器)为工作人员提供钩头及车辆的实时速度和运行车辆的动态位置进行准确显示。通过安装于各被控设备上的位置传感器“感知”被控设备的当前状态并通过图形界面上不同的颜色标签加以显示,使得操作人员能够及时、直观的了解设备运行状态,并通过人机界面加以确认,以保证设备良好运行。2.2网络通信系统2.2.1网络结构及信号采集系统本系统采用的主要网络架构为devicenet网络,一种开放的、智能化的、信息化、安全化的网络结构。由于斜巷安全设备比较分散,控制距离长,信号不集中。于是采取了所有信号就地采集,所有设备就地控制。从而减少故障点、增强易维护性,而且其本身所具有的优点有效的解决了常规控制方式的难点和缺点。2.2.2电缆电缆fa本系统采用单层DeviceNet网络架构,完全开放的网络体系,多主通讯,分段控制。能够实现故障的快速恢复。具有简单自由的配线、FA最高水平的高速应答、有效的抗干扰性能、程序及操作的共通化、开放程度最好的高度支援性。优势:数据线与动力(电源)线在同一根电缆中。减少安装带来的劳动强度。双绞线对及“屏蔽”抵抗了噪声干扰(圆形线)。2.2.3网络架构基于上述方案结合现场实际情况,最终的网络架构如下图所示:2.3系统的运行过程系统按照程序结合人机交互信息依据网络上位于各处的传感器所感知的信息去正确的、实时的采集数据并发出指令,指挥设备依照规则执行动作,从而保证系统的安全、可靠的运行。系统能够正常运转,最终的依赖便是程序。而整个程序又分为以下子系统:信号采集子系统;绞车控制子系统;测速、测距子系统;打点信号确认、处理子系统;行车控制子系统;人员安全子系统和操作记录及报警查询子系统;以及系统运行预警、设备故障报警和运行警示子系统和系统运行巡检子系统等分支系统。2.4车场通信设备本系统由主、分基站组成,根据信号系统传递要求,将主机设置在上平车场主控制室,在各水平车场装配分机,主控制室只要按下各水平车场的通讯按钮,就可以与之单独通话或群体通话;各水平车场通过本系统与主控制室联系时,只需按下通话按钮,对主控制室进行呼叫,主控制室按下接听按钮,即可进行通话。本系统改变了原来点对点的通讯模式,实现主机与分机间可进行一对一或一对多的对话与广播,分机采用免提方式可使各水平车场与主控制室进行通话;本系统对通话过程中外部环境干扰与内部电流声噪进行了降噪处理,使现在的语音通讯系统大大优于原来的语音通讯系统。3安全设施联锁控制(1)行车信号系统自动进行逻辑判断、识别,自动发出行车报警、控制行车模式。(2)上(下)车场行车安全设施控制、推车作业,实现自动联锁控制。(3)斜巷运输系统运行联锁控制,实现提升设备状态、行车信号、行车报警信号、车场操车、车场安全设施相互联锁。(4)不同分线信号自动识别,行车线路自动选择。(5)斜巷跑车防护装置全面实现自动控制,并与行车控制实现联锁。(6)斜巷运行前运行区域人员确认。4系统的全球功能特点4.1运行模式设计安全防护措施对煤矿井下作业尤为重要,为减少作业过程中人为因素带来的安全隐患,本系统对斜巷全部行车相关设备(只包括绞车启动控制)和设施实现程序控制。针对行车运行线路各类行车模式编制不同行车控制程序,每一类运行模式都设计了上行和下行不同运行方式。分别在绞车房和上平车场总信号控制室内配置运行模式选择控制面板。通过运行模式选择面板选择运行模式后,运行车辆无论按任一程序模式、任一种运行方式运行,都能确保挡车器开启和关闭具有特定的逻辑顺序。系统将斜巷主要上、下车场间的车辆运行模式设计为默认运行线路,系统在无选择的情况下,按斜巷主要上下车场间的运行模式运行。当运行车辆下行时,由下行程序控制相关设备和设施按照设定的顺序进行动作;当运行车辆上行时,由上行程序控制相关设备和设施按照设定的顺序进行动作,保证运行车辆安全运行。当车辆选择支线运行时,支线运行线路就会自动纳入系统控制,其它非运行区段相关设备和设施,自动处于安全设定状态。4.2大绞车防护装置的运行控制措施检测装置是保证行车设备正确操作、行车设施准确动作、运行车辆安全运行、获取运行车辆运行状态信息的重要装置。本系统选用多个类型的传感器,并采用传感器冗余技术,确保运行车辆状态信息不丢失,增强系统的可靠性。(1)本系统在大绞车滚筒处安装旋转编码器,根据旋转编码器监测的车辆实际运行速度和预定速度,对待绳车辆进行跑车判定;根据旋转编码器测定运行车辆正常运行状态下的正确位置,控制跑车防护装置的动作状态。从而对运行车辆实现进行速度和运行车辆位置的实时检测。(2)在跑车防护装置前后安装光电传感器以检测运行车辆位置,提前发现跑车车辆发出跑车报警,防止部分车辆发生跑车事先到达,避免造成正常运行车辆二次撞击现象。(3)在每道防跑车装置(阻车器、挡车器)和跑车防护装置、转辙机和推车设备处装有动作状态限位开关,用以检测相关设备和设施是否动作到位。4.3助力变坡点减速控制传感器和运行程序防过卷装置是通过在上平车场轨道上设置1组过卷轨道传感器,通过上变坡点减速控制传感器和运行程序,监测轨道上行车辆上行到达指定区域后,防过卷装置对绞车运行实现定点自动停车控制,过卷轨道传感器同时对系统运行实现自动纠错复位,确保系统正常(无积错)运行。4.4巷运输安全设施斜巷跑车防护是斜巷运输安全自动化控制关键组成部分,其可靠性严重影响着斜巷运输安全。因此,斜跑车防护保护装置控制采用旋转编码器和行车定位传感器双作用自动控制,系统能够根据运行车辆长度自动及时调整动作控制,动作状态实时监控,动作控制便于调整,动作控制参数可根据现场实际进行现场设定。4.5行人检测,预警根据煤矿安全规程,斜巷运输时严禁人员通过。由于本系统的红外传感器在运输过程中检测到运行车辆通过的同时也能检测到行人的通过,所以当运行车辆运行时红外传感器测知行人通过时,报警器会报警,以通知绞车司机减速、停车,停止斜巷行车,便于各车场工作人员进行斜巷行人清理工作,避免“行车行人”违章运行现象,确保斜巷安全运行。4.6为绞车工作人员提供实时状态和运行传感器显示功能通过检测系统(旋转编码器和各个传感器)为绞车工作人员提供系统各相关监控设备、设施的实时状态和运行车辆的速度、动态位置进行准确显示。4.7声/光报警系统当意外发生跑车事故时,本系统在进行保护和控制的同时,还可以实现声/光报警功能,确保现场工作人员在第一时间及时采取可行有效的措施进行处理突发事件,保证运行车辆的安全运行。4.8语音提示功能本系统主要设置了以下几个语音功能:运行车辆上行和下行语音提示功能、运行车辆超速、运行车辆非控(断绳)、运行线路各相关设备和设施工作不到位、限制行人范围行人状态声光语音报警功能和行车信号误发等语音提示功能。4.9信息存储可靠化本系统利用触摸屏可以实现便捷操作和历史数据查询功能。系统在程序设计中加入信号系统、检测系统及执行机构各模块的分文件存储模式,使每一次的操作的读取简单化。每个文件可储存99条数据记忆,并且采取了自动更新功能,为使用中出现的故障及事故可分析到可靠数据得到保障。另外,本系统还具有扩展功能,中央控制器预留出输入、输出端口,可根据使用情况随时修改程序,增加可控新设备,并具备与工控网络并网功能,实现远距离监控。4.10系统自动自监测功能不为减少现场维护人员维修工作量,降低维护难度,系统设置自动自监测功能,实现系统循环不间断自检,发现故障及时显示,以便进行准确及时的系统维护,确保系统正常无故障运行。4.11de-工信协议DeviceNet是由Allen-Bradley公司开发的一种基于CAN的开放的现场总线标准。DeviceNet作为一种高性能的协议,可广泛应用于各个领域,现已成为国际标准、欧洲标准和中国国家标准。目前在大型隧道通风和汽车装配流水线上得到广泛的应用。4.12气动助推控制系统车场气动操车系统是通过井下现场压风做动力源,利用低速大扭矩风动马达将风能转化为旋转机械能,研制了程控气动推车系统,驱动方式采用轮式摩擦驱动,通过牵引钢丝绳无极牵引方式完成推车操作。系统在自动控制模式时,系统启动、运行、停止及复位,全过程完全并入自动控制系统进行程序自动化控制;系统在手动控制模式时,整套系统动作可全部利用压风实现,无需电力支持。5社会经济分析5.1单车醇提车运行安全斜巷(暗斜井)承担着矿井全部的轨道运输任务,运输量比较集中,工作量较大,绞车为人工手动操作方式,每班上岗司机2人,车场向下推车需要2人,劳动强度比较大,工作效率比较低,推车过程存在不安全隐患。采用绞车自动控制、采用气动推车机推车,实现自动化运行,每班至少可节约4个人员的劳动力,三个班可节约12个人员的劳动力,每天可减少人员配置18人。以每个人员月工资2000元计算,每条斜巷每年节约工资支出432000余元。5.2解决了安全设施人为因素,消除了多连车(1)车场无人化运行,提高了斜巷运输安全,在减轻职工劳动强度的基础上,减少了操作人员配置,提高了劳动效率。(2)系统增加了系统自动辨别行车信号正确与否的功能,规范了行车操作,有效避免了误行车。(3)防跑车安全防护系统实现联锁控制,消除了跑车隐患