S100掘进机安全预警系统研制

2005/12/5 9:29:42

　　摘　要　在不改变S100掘进机性能的基础上，加装安全预警系统，使掘进机履带行走、截割头动作、截割电机过载有语言预报警，并延时动作。从根本上杜绝了掘进机操作时无警铃提示而突然动作造成的不安全隐患，填补了国内外掘进机无安全预警系统的空白。
　　关键词　100掘进机　安全　语言报警　延时　单片机

Research and Manufacture on Safety Warning System of S100 Heading Machine

Zhang Cun
(Complex Machinery Management Centre,Yan Zhou Mining Industry Company Ltd，Zhou Cheng 273500)
Yang Lijun　Xu Xinyu
(Tian Ning Mine Electronic Equipment Factory in Tian Jin.Tian Jin 300000)

　　Abstract　On the basis of not changing the performance of S100 heading machine,strengthened the safety warning system There is a language warning when the heading machine crawler walking ,cutting head swaying ,cutting motor overload and it can continue work.Overcoming the hidden danger when the heading machine is working but suddenly moving.Replenising the empty place that the heading machine no safety warning system .
　　Key Words　S100 heading machine Safety　Language worning system　Delay　Single piece device

0　前　言

　　S100掘进机是国内掘进煤巷普遍采用的主力机型，在生产中占有很大的比重。该机型除了截割有警铃报警外，前进、倒退无任何形式的报警。而现场生产实际中掘进机的前进、后退、截割等动作和其工作环境决定了掘进机的动作报警对工作人员的人身安全至关重要。兖矿公司曾挤死、挤伤工人数起，该类事故引起了公司领导的高度重视。但由于掘进机前进、后退为液压驱动方式，为此要想实现上述动作的语言报警并延时动作，必须进行电控和液压两方面的改进。本着煤矿生产“安全为天”的宗旨，在充分调研、论证的基础上，兖矿公司和天津市天宁矿用电子设备厂联合研制开发了S100掘进机安全预警系统，从根本上消除了掘进机前进、倒退、截割动作造成的不安全隐患。同时也填补了国内外掘进机无安全预警系统的空白。

1　存在问题

1.1　S100掘进机有截割警铃。截割前按警铃按钮有铃声报警，但时间久了，容易使人厌烦和麻痹，引不起足够重视。且警铃报警和截割动作之间无电气闭锁，司机常常不按警铃就直接进行截割动作操作。同时，大部分掘进机在使用中都甩掉了警铃，存在较严重的不安全因素。

1.2　S100掘进机履带行走无报警系统、无延时。S100掘进机履带行走的操作是受行走操作手柄控制，只要一操作行走操作手柄，掘进机将会立即行走，往往使周围工作人员措不及防。

1.3　司机与机尾工作人员通讯不便。油泵工作时，噪音大，司机欲与机尾工作人员协调工作，须大声喊话，甚至要中间人传话，及为不便，有时误听即有可能造成不安全问题。
　　上述问题说明S100掘进机在行走、截割动作预报警和通讯设计方面存在一定的空白和缺陷，给掘进机周围工作人员造成了极大的不安全隐患。

2　改进方案

2.1　加装语言报警系统。在CPU控制单元中设计了语音发生系统，根据检测到的信号可发出“掘进机准备前进，请工作人员注意”、“掘进机准备倒车，请工作人员注意”、“截割头准备启动，请工作人员注意”、“截割电机过载”等语言。

2.2　在行走油路中加入能够使行走油路截止、导通的电磁阀。履带行走是靠油泵供油驱动油马达工作实现的。加入电磁阀后即可实现对履带行走油路的截止或延时导通控制，同时发出上述语言报警。

2.3　实现电话通讯。系统中采用TK130(A)型扩音电话，不但可以实现语言报警，而且串两部电话可实现前后之间的相互通话。
　　上述三方面的改进实现了掘进机前进、倒退、截割前的安全预报警，同时使掘进机实现了延时动作，还可实现掘进机前后通话，从根本上消除了掘进机工作时的不安全隐患。

3　系统的组成与S100掘进机的配接

3.1　系统组成框图如下

004-1.gif (3325 bytes)

3.2　预警系统与S100掘进机配接示意图如下

004-2.gif (6186 bytes)

4　系统软件设计

　　系统的检测是实时检测，并根据检测结果给语音发生系统发出报警信号，语音发生系统根据接收到的信号发出相应报警语音。检测软件流程框图如下：

004-3.gif (7626 bytes)

5　工作原理

5.1　电磁阀采用内控式，当掘进机不动时，电磁阀无电，入油口与出油口处于截止状态；当需要掘进机行走时，先按操作箱上的“前进”或“后退”按钮，系统开始报警，同时延时开始计时，经过一段延时间(0-99 S可调)后，控制箱输出AC127V给电磁阀，电磁阀得电动作，入油口与出油口导通，此时掘进机前进或后退操作有效。当掘进机此次动作结束，按停止按钮后，控制箱停止给电磁阀供电，电磁阀截止，掘进机前进或后退操作无效。
　　当电磁阀有电，油路导通后，控制单元开始计时，在一定时间(0-99 min可调)后仍不按停止按钮，控制箱则自动给电磁阀停电，电磁阀将行走油路截止。如欲使掘进机再行走，需再按“前进”或“后退”按钮。此功能从根本上杜绝了司机忘记按“停止”按钮而再次操作掘进机行走手柄，使掘进机不报警、不延时突然行走动作带来的危害。

5.2　掘进机截割头截割预警、过载报警信号从掘进机原警铃、过载指示信号继电器获得，现甩掉原警铃报警、过载指示系统，将原信号送至增设的控制箱，控制箱控制语音发生系统发出语音报警，经延时一段时间后，截割电机得电开始截割。

5.3　在控制箱中，由80C31和89C51构成双CPU系统。80C31及其外围芯片与T6668构成语音发生系统，按照89C51的指令发出各种语音或频率报警，并检测语音反馈。

5.4　89C51为中心控制单元，它检测参数的设定，掘进机是否正在工作的状态，控制油路的截止、导通，并根据掘进机的运行状态向80C31发出语音报警指令。

5.5　15V供电回路是本安型输出回路。其沿线接有本安型扩音电话及闭锁按钮。当闭锁按钮按下后，闭锁回路接通。它不但给89C51一个沿线闭锁信号，以便发出闭锁报警，而且使系统复位，使掘进机停车。

6　系统使用情况

　　该系统于1999年2月在兖矿(集团)公司兴隆庄煤矿5319综掘巷投入试用。由于系统电控技术和语音技术先进、可靠、成熟，操作简单，动作灵敏可靠，所以在近三个月的试用中取得了良好的效果。语言预报警和延时动作系统的研制，使操作工人更加安全放心的投入工作，同时可进行电话通讯，给工作人员带来了极大的方便和安全保证。

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