斜井轨道运输保护装置的研究

摘要：煤矿斜井通常采用有轨车辆运输方式。但由于煤矿井下环境的复杂多变，单纯依靠人工方式很难解决车辆运输过程中人员安全保护的问题，有时会发生人员伤亡事故，给煤矿的连续安全生产带来影响。

为从根本上解决矿车输送过程中的安全隐患问题，保障井下工作人员的生命安全，创建连续安全生产工作环境，特设计并制造了斜井矿车运输人员保障装置

关键词：红外传感器；以太网；单片机

随着矿井生产技术的快速发展和装备水平的不断提高，高产高效综合机械化采煤工作面不断涌现，对于老矿井斜井运输的压力越来越大，煤矿斜井通常采用有轨车辆运输方式。但由于煤矿井下环境的复杂多变，单纯依靠人工方式很难解决车辆运输过程中人员安全保护的问题，有时会发生人员伤亡事故，给煤矿的连续安全生产带来影响，也对斜井矿车运输绞车各片口人员保护工作的可靠性、安全性和连续性提出了更高要求。因此，实现运输片口的全面、实时监测和可靠保护对确保煤矿生产安全、提高生产效益有着重大意义。

一、课题研究内容

研制适合煤矿井下高温、淋湿、需要防爆要求的集中控制系统，在每个片口上进出口安装智能型保护器，使每部绞车形成独立系统，并与矿井1000M工业以太网联网，实施远程自动化监测监控，开发OPC通讯程序，采用OPC技术实时与监控主机通讯，实现矿井整个运输系统的自动化监控，并与其他系统实现数据共享与联动，现场无人值守。

二、工作原理

斜井矿车输送人员保护装置使用过程中，需要在车场范围内的弯道处、避险所、人员出、入通道的电动门两侧安装双排红外传感器。

1　井下工作人员出／入电动门计数的工作原理：

在人员通道两侧0.5米至1.6米的高度区域内，等距布置5对双排红外对管，双排安装有间隔。采用双排红外对管实现。

当人员出／入通道有人通过，并进入车场时，装置主机必须先后检测到双排红外对管的输出信号时，才能判定为有人进入车场。工作人员进入车场时，主机每收到1次双排红外对管输出信号，将自动进行人员进入车场计数并且累计。

当工作人员出／入通道有人通过离开车场时，装置主机先后检测到双排红外对管输出信号，其信号发生顺序与人员进入时正好相反，所以可以判定为人员通过电动门离开车场。主机每收到1次双排红外对管输出信号，将自动进行人员离开车场计数并且累计。

当进入车场的人员累计数等于离开车场的人员累计数时，装置主机判定车场内无滞留人员，不报警。否则将禁止车辆启动，并进行语音声光报警，提示绞车司机车场内有人。

2　判定斜井矿车已运行原理

当车场内无人时，允许绞车电机启动。绞车电机一旦启动，其相应的启动信号传输给装置主机；道叉变换后相应的信号也传输给装置主机。装置主机在检测到以上2个输入信号时，则判定矿车已运行；同时立即输出“门禁”信号，关闭车场中工作人员出／入通道门；并输出语音报警(声光)，提示“车辆通过，禁止入内”。

三、系统设备及组成

地面调度监控系统由WINCC数据服务器、WINCC监控工作站以及网络设备组成以太网，采用分布式系统结构，提供多种组织形式，可以是单机系统，在地面调度室的服务器上，做一个符合OPC规范的通讯服务程序，该程序主要完成与井下监控分站的通讯，一方面将从监控分站送上来的数据按照OPC规范放入WlNCC的实时数据库和历史数据库中，另一方面，将来自工作站的调度命令转发给监控分站。符合OPC规范的参数库和实施数据库建立起来后，利用WINCC组态平台构建供电监控系统的应用软件，与WINCC平台内矿井其他自动化系统实现数据共享和联动。

井下监控层即井下监控分站，是防爆型监控分站，主要完成保护装置与地面调度监控系统间的数据交换，并显示每部绞车的图形数据，监控分站主要由高性能工业嵌入式通讯服务器、后备防爆工作电源、防爆壳体组成。支持多规约、多波特率、多通讯方式。软件内核部分采用嵌入式实时多任务操作系统，通讯及监控软件采用外挂式软件模块，可方便地实现保护测控装置与地面调度监控系统的数据交换，并实现当地集中监控。

四、对单片机控制系统的抗干扰处理

由于单片机控制系统应用系统的工作环境往往是比较恶劣和复杂的，其应用的可靠性、安全性就成为一个非常突出的问题。单片机控制系统应用必须长期稳定、可靠地运行，否则将导致控制误差加大，严重时会使系统失灵，甚至造成巨大的损失。

影响单片机控制系统应用的可靠、安全运行的主要因素是来自系统内部和外部的各种电气干扰，以及系统结果设计、元器件选择、安装、制造工艺和外部环境条件等。这些因素对控制系统造成的干扰后果主要表现在下述几个方面。

1　数据采集误差加大。

2　控制状态失灵。

3　数据受干扰发生变化。

4　程序运行失常。

为使其在长期稳定性、精度等级方面满足要求。电路设计中要求元器件或线路布局合理以消除元器件之间的电磁耦合相互干扰，优化电路设计消除或削弱外部干扰对整个系统的影l响，结合实际应用中的工作环境，采用以上的系统抗干扰优化设计的措施与方法，有效地提高单片机系统的工作稳定性，充分地体现单片机控制系统在不增加控制成本的情况提高机电设备的自动化性能与智能性的优越性。

五、该系统效益分析

该系统利用地面电网综合自动化的成熟技术的基础上，并考虑到井下的实际情况而设计，基于以太环网技术对煤矿井下片口进行遥测、遥控、遥信等，真正实现故障、重大事故预报警、等自动化控制监控网络系统，并与矿井其他自动化系统实现数据共享与联动，具有良好的经济效益和社会效益。

经济效益：该课题研究开发成功后，每部绞车可减少了岗位人员4人，按每人每月2700元的工资计算，每部绞车年创效益2700×4×12=129600元

社会安全效益：在现场操作中，由于采用无人值守，控制系统安全可靠，保障了人身和系统的安全，使现场工作环境得到改善。提高了安全程度，产生了巨大的社会效益。

在技术上，科技含量较高，保护功能齐全、显示清晰，动作灵敏可靠。可以大大提高煤矿井下可靠性，使运输系统更经济更安全。

六、结论

本文以单片机为基础，针对斜井轨道运输自动化控制进行研究。在研究过程中，主要做的工作为：(1)开发单片机程序。(2)开发使用OPC和井下二级分站通讯。(3)使用Wincc组态软件控制显示井下设备动态。

该系统，投资费用合理，安装周期短，见效日期快，工作可靠，使斜井运输自动化程度大大提高，事故率降低，提高了矿井的安全可靠性。实践证明该系统工作稳定，可靠性高，安装、调试简单快捷，维护量小。因此，该系统的研制试验成功，具有良好的经济效益、显著的社会安全效益和广泛的推广价值。

参考文献：

[1]余瑞芬：传感器原理(第二版)

航空工业出版社，1995.

[2]赵负图：国内外最新常用传感器和敏感元器件性能数据手册，辽宁科学技术出版社，1994.

[3]张晋格：计算机控制原理与应用.北京：电子工业出版社.1995.

[4]刘克勋，黄松元：起制动时输送带响应的计算机模拟连续输送技术，1989(5).

[5]浙江大学罗克韦尔自动化技术中心.可编程序控制器系统[M]浙江大学出版社，1999.

[6]郁有文，传感器原理及工程应用，西安，西安电子科技大学出版社.2005，97-100.