一、項(xiàng)目背景
煤礦架空乘人裝置是煤礦井下一種輔助運(yùn)輸設(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)，逐漸被越來越多的礦井使用。某礦在新一采猴車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，猴車經(jīng)常處于空運(yùn)行狀態(tài)，這樣不但造成了電能浪費(fèi)，而且加劇了設(shè)備及電機(jī)的磨損。為了解決這個(gè)問題，做到節(jié)能降耗，高效利用，通過技術(shù)攻關(guān)，我們自主研發(fā)了井下猴車自動(dòng)開停裝置，可根據(jù)是否有人員乘坐自動(dòng)開停，有效的解決了猴車空運(yùn)行的問題。
二、技術(shù)方案
1.設(shè)計(jì)思路
通過在猴車巷機(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)開車，無人自動(dòng)停車，杜絕空運(yùn)行狀態(tài)。
2.工作原理
猴車自動(dòng)開停裝置是由自主研發(fā)的微控制器和感應(yīng)器組成的無專人看管的自動(dòng)化裝置。本裝置是在不改變?cè)镘囯娍叵到y(tǒng)上進(jìn)行改進(jìn)，在原手動(dòng)控制猴車開停的基礎(chǔ)上增加猴車的自動(dòng)開停功能（兼容原控制按鈕）。若自動(dòng)開停裝置發(fā)生故障可通過原控制按鈕開停設(shè)備或通過操作臺(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，猴車的開停都由它來控制，就猶如人類大腦；傳感器模塊猶如人類的眼睛，當(dāng)有人乘坐猴車時(shí)傳感器向控制器發(fā)出有人信號(hào)，當(dāng)無人乘坐猴車時(shí)傳感器向控制器發(fā)出停車信號(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)人員通過感應(yīng)區(qū)和停車等待時(shí)對(duì)應(yīng)的指示燈亮起。
（1）傳感器模塊:采用人體紅外熱釋傳感器，傳感器通過感知人體釋放的十微米紅外線進(jìn)行工作，當(dāng)有人通過傳感器時(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1所示。
圖1 傳感器安裝布置圖
（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)人員通過感應(yīng)區(qū)下方，紅外傳感器感應(yīng)到人體溫度后綠燈兩起，同時(shí)傳感器向控制器發(fā)出信號(hào)。當(dāng)猴車在剛停車六分鐘內(nèi)黃燈亮起，在此期間若有人乘坐猴車時(shí)，待黃燈熄滅后猴車自動(dòng)開車運(yùn)行。
當(dāng)猴車停止時(shí)，乘坐人員走到乘車感應(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)用猴車啟動(dòng)程序進(jìn)行猴車啟動(dòng)。當(dāng)有人員通過乘車感應(yīng)區(qū)時(shí)，傳感器信號(hào)傳輸至機(jī)頭微控制器內(nèi)，控制器通過此信號(hào)來判斷是否有人員乘坐。
圖2系統(tǒng)連接總圖
（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)，通過對(duì)單片機(jī)的編程實(shí)現(xiàn)控制猴車的自動(dòng)開停。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)控制器通過對(duì)此信號(hào)的接收處理，判斷是否開、停車。當(dāng)微控制器在五分鐘內(nèi)沒有再接收到傳感器發(fā)出的信號(hào)時(shí)，猴車便會(huì)自動(dòng)停車。同時(shí)，為防止猴車開停和電機(jī)的頻繁啟動(dòng)，當(dāng)猴車在剛停車六分鐘內(nèi)，控制器不會(huì)對(duì)猴車進(jìn)行啟動(dòng)，在此時(shí)期間若有人員乘坐，走到感應(yīng)區(qū)后最多等待六分鐘猴車便能自動(dòng)啟動(dòng)。微控制器原理圖如圖3所示：
圖3 微控制器原理示意圖
三、應(yīng)用效果效益
1.應(yīng)用效果
該裝置經(jīng)多次試驗(yàn)、調(diào)試，已達(dá)到安全、有效、可靠的運(yùn)行要求。某礦未安裝該裝置時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)人員比較多，乘車人員比較零散，導(dǎo)致猴車經(jīng)常空載運(yùn)行，浪費(fèi)了電力資源，使猴車電機(jī)及相關(guān)設(shè)備磨損加劇，縮短修理周期，增加了維護(hù)方面的費(fèi)用。該裝置的應(yīng)用不僅能夠節(jié)約電力資源，而且減少了設(shè)備運(yùn)行磨損，增加設(shè)備的使用壽命。
2.經(jīng)濟(jì)效益
猴車自動(dòng)開停裝置安裝應(yīng)用后，猴車平均每天累計(jì)停運(yùn)8小時(shí)，猴車電機(jī)功率45KW，平均每天可節(jié)約用電360度，一年可節(jié)約用電131400度，按0.8元/ kw.h計(jì)算可節(jié)約電費(fèi)11余萬元。因設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行造成設(shè)備磨損更換，電機(jī)成本5萬元，鋼絲繩1萬元。
猴車自動(dòng)開停裝置制作成本：自主研發(fā)制作微控制器電路板一套，傳感器裝置兩套，使用通訊電纜線400米，共計(jì)4500元。
因此，應(yīng)用該裝置每年可節(jié)約16.5萬元左右。
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