任建國(guó)，王斌俊，王曉東，劉 星

(汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽(yáng)煤礦機(jī)電創(chuàng)新工作室，山西孝義032306)

1 創(chuàng)新背景

煤礦架空乘人裝置，是煤礦井下的一種設(shè)備，因乘人裝置鋼絲繩運(yùn)行速度低，乘人離地不高，具有運(yùn)行安全可靠、人員上下方便、一次性投入低、操作簡(jiǎn)單、便于維護(hù)和運(yùn)行效率高等特點(diǎn)，逐漸被越來(lái)越多的礦井使用。我礦在新一采猴車(chē)巷投入使用這種輔助運(yùn)輸設(shè)備，全長(zhǎng)300 余米，但由于工人工作時(shí)間的關(guān)系，猴車(chē)經(jīng)常處于空運(yùn)行狀態(tài)，這樣不但造成了電費(fèi)的流失，還加劇了設(shè)備及電機(jī)的磨損，為了解決我礦新一采猴車(chē)目前的狀況，做到節(jié)能降耗，機(jī)電區(qū)創(chuàng)新工作室對(duì)此進(jìn)行了技術(shù)革新，自主研發(fā)制作了井下猴車(chē)自動(dòng)開(kāi)停裝置，可根據(jù)是否有人員乘坐自動(dòng)開(kāi)停，有效地解決了目前猴車(chē)空運(yùn)行的狀況。

2 創(chuàng)新過(guò)程

2.1 改進(jìn)思路

通過(guò)在猴車(chē)巷機(jī)頭和機(jī)尾的兩端安裝人體紅外熱釋傳感器，并配以微控制器，實(shí)現(xiàn)有人自動(dòng)開(kāi)車(chē)，無(wú)人自動(dòng)停車(chē)，杜絕空運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 工作原理

猴車(chē)自動(dòng)開(kāi)停裝置是由自主研發(fā)制作的微控制器和感應(yīng)器組成，是無(wú)需專(zhuān)人看管的自動(dòng)化裝置系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)。本裝置在不改變?cè)镘?chē)電控系統(tǒng)上進(jìn)行改進(jìn)革新，在原手動(dòng)控制猴車(chē)開(kāi)停的基礎(chǔ)上增加猴車(chē)的自動(dòng)開(kāi)停功能(兼容原控制按鈕)，若自動(dòng)開(kāi)停裝置發(fā)生故障可通過(guò)原控制按鈕開(kāi)停設(shè)備或通過(guò)操作臺(tái)切換按鈕，切換至原控制狀態(tài)。

整個(gè)裝置主要由傳感器模塊、微控制器模塊、指示燈三部分組成。其中微控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，猴車(chē)的開(kāi)停都由它來(lái)控制，就猶如人類(lèi)大腦。傳感器模塊猶如人類(lèi)的眼睛，當(dāng)有人乘坐猴車(chē)時(shí)傳感器向控制器發(fā)出開(kāi)車(chē)信號(hào)，當(dāng)無(wú)人乘坐猴車(chē)時(shí)傳感器向控制器發(fā)出停車(chē)信號(hào)。同時(shí)，為方便乘坐人員乘坐，在機(jī)頭和機(jī)尾感應(yīng)區(qū)上方裝有兩種顏色的信號(hào)燈，當(dāng)人員通過(guò)感應(yīng)區(qū)和停車(chē)等待時(shí)對(duì)應(yīng)的指示燈亮起。

圖1 系統(tǒng)連接總圖

1)傳感器模塊:本裝置傳感器采用人體紅外熱釋傳感器，傳感器通過(guò)感知人體釋放的10 μm 紅外線(xiàn)進(jìn)行工作，當(dāng)有人通過(guò)傳感器時(shí)，傳感器便感應(yīng)出信號(hào)，上傳到機(jī)頭控制器內(nèi)。傳感器安裝如圖2 所示。

2)指示燈:在機(jī)頭和機(jī)尾感應(yīng)區(qū)上方裝有黃色和綠色兩種指示燈。當(dāng)人員通過(guò)感應(yīng)區(qū)下方，紅外傳感器感應(yīng)到人體溫度后綠燈亮起，同時(shí)傳感器向控制器發(fā)出信號(hào)。當(dāng)猴車(chē)在剛停車(chē)6 min 內(nèi)黃燈亮起，在此期間若有人乘坐猴車(chē)時(shí)，待黃燈熄滅后猴車(chē)自動(dòng)開(kāi)車(chē)運(yùn)行。

圖2 傳感器安裝布置圖

當(dāng)猴車(chē)停止時(shí)，乘坐人員走到乘車(chē)感應(yīng)區(qū)后，傳感器發(fā)出信號(hào)傳輸至機(jī)頭控制器內(nèi)，控制器輸出信號(hào)到原PLC 可編程控制器，并調(diào)用猴車(chē)啟動(dòng)程序進(jìn)行猴車(chē)啟動(dòng)。當(dāng)有人員通過(guò)乘車(chē)感應(yīng)區(qū)時(shí)，傳感器信號(hào)傳輸至機(jī)頭微控制器內(nèi)，控制器通過(guò)此信號(hào)來(lái)判斷是否有人員乘坐。

圖3 微控制器原理示意圖

3)微控制器模塊:本模塊主要由單片機(jī)、信號(hào)輸入電路、繼電器輸出電路，按鍵輸入電路、顯示電路等組成。本模塊是整個(gè)裝置的核心部分，所有的動(dòng)作都由它來(lái)控制。本模塊微控制器使用的是AVR 單片機(jī)，AVR 單片機(jī)是一種新型、大容量、高速的基于增強(qiáng)型RISC 結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的編程實(shí)現(xiàn)控制猴車(chē)的自動(dòng)開(kāi)停。當(dāng)巷道兩端的傳感器信號(hào)傳送到單片機(jī)控制器后，單片機(jī)控制器通過(guò)對(duì)此信號(hào)的接收處理，判斷是否開(kāi)、停車(chē)。當(dāng)微控制器在5 min 內(nèi)沒(méi)有再接收到傳感器發(fā)出的信號(hào)時(shí)，猴車(chē)便會(huì)自動(dòng)停車(chē)。同時(shí)，為防止猴車(chē)開(kāi)停和電機(jī)的頻繁啟動(dòng)，當(dāng)猴車(chē)在剛停車(chē)6 min 內(nèi)，控制器不會(huì)對(duì)猴車(chē)進(jìn)行啟動(dòng)，在此時(shí)期間若有人員乘坐，走到感應(yīng)區(qū)后最多等待6 min 猴車(chē)便能自動(dòng)啟動(dòng)。微控制器原理圖如圖3 所示。

3 實(shí)施效果

在新一采猴車(chē)自動(dòng)開(kāi)停裝置未安裝前，由于新一采工作人員比較多，乘車(chē)人員比較零散，導(dǎo)致猴車(chē)經(jīng)?？蛰d運(yùn)行，這樣狀態(tài)的持續(xù)，不僅浪費(fèi)了電力資源，而且由于長(zhǎng)期運(yùn)行，使猴車(chē)電機(jī)及相關(guān)設(shè)備磨損加劇，修理周期縮短，嚴(yán)重加大了我礦在猴車(chē)維護(hù)方面的費(fèi)用。猴車(chē)自動(dòng)開(kāi)停裝置的安裝，不僅能夠節(jié)約電力資源，而且能夠減少設(shè)備運(yùn)行的長(zhǎng)期磨損，加長(zhǎng)設(shè)備的運(yùn)行周期。

1)經(jīng)濟(jì)效益:猴車(chē)自動(dòng)開(kāi)停裝置安裝后，猴車(chē)平均每天累計(jì)可停8 h，猴車(chē)電機(jī)功率45 kW，平均每天可節(jié)約用電360度，一年可節(jié)約用電131 400 度，按0.8 元/kw·h 計(jì)算可節(jié)約電費(fèi)11 余萬(wàn)元。

由于設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行造成設(shè)備磨損更換，電機(jī)成本5 萬(wàn)元，鋼絲繩1 萬(wàn)元。

2)猴車(chē)自動(dòng)開(kāi)停裝置制作成本:自主研發(fā)制作微控制器電路板一套，傳感器裝置兩套，使用通信電纜線(xiàn)400 m，共計(jì)4 500元，合計(jì)每年可節(jié)省16.5 萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

猴車(chē)自動(dòng)開(kāi)停裝置通過(guò)理論設(shè)計(jì)、實(shí)際制作，反復(fù)論證于14 年1 月15 日安裝投入使用后，經(jīng)多次試驗(yàn)、調(diào)試，已達(dá)到安全、有效、可靠的運(yùn)行，由于是自主研發(fā)制作也節(jié)省了后續(xù)的維護(hù)成本。此項(xiàng)目可推廣至所有需要根據(jù)人員實(shí)際需求進(jìn)行開(kāi)停的電氣設(shè)備的操作應(yīng)用中，此次技術(shù)革新也是為貫徹落實(shí)集團(tuán)公司全面預(yù)算內(nèi)部市場(chǎng)化的一次創(chuàng)新性工作。