专利名称：煤矿采掘工作区域人机闭锁保护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及煤矿用安全保护系统，尤其涉及'iir采掘工作区域人机闭锁保护系统。
背景技术：
近年来，随着煤矿大型机械设备的不断投入，煤矿生产的机械化程度越来越高，
煤矿机械设备伤人事故也不断发生。究其原因，主要有如下几个方面:①安全设施不 齐全，预防性探测、检査系统不完善；②设备的安全设计有缺陷；③职工自主保安 意识不强，工作人员安全观念淡薄，如新工人、经验不足人员和精力不集中人员等; ④生产现场安全隐患排查不彻底；⑤安全管理不到位；鹏章指挥、违章作业、违 规操作；⑦劳动组织不合理；⑧安全教育培训力度不够等等。除此之外，井下恶劣 的工作环境、高度紧张的工作和人员的疏忽，也是造成机械设备伤人事故的重要原
因。通舰国内外j:ir机械设刷劳人事故的调查分析可知，随着煤矿机械化程度的
不断提高，其发生的次数呈逐年上升之势。采煤工作面的转载机工作区域和综掘工 作面的掘进迎头，由于重型设备的运转，很容易对^A相应区域的人员造成伤害， 国内外有的矿井也的确发生过这种伤亡事故。因此，上述两区域为"危险区域"， 在设备运转期间，应严格禁止人员进入，以防止机械伤害事故的发生。为防止工作
人员误入采煤工作面转载mii行区域，以往采取的措施是设置拉线式急停开关，紧 急情况下拉开关断电；掘进迎头则采用在掘进机两侧设置防护栅栏门和在炮头上加
设防护罩的措施，防止掘进禾;iM行期间有人^A并对Ait成伤害。这些措施不但安 全防护效果不够，而且给采、掘工作面的生产带来诸多不便。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不^t处，提供一种iir采掘工作区域人 机闭锁保护系统，也是为了避免采煤工作面转载机和掘进迎头的掘进机给工作人员 造成伤害，保证采掘工作面安全、正常生产，应该采用更为科学有效的方法手段， 创造本质安全的采掘工作面生产条件。
本发明所述的煤矿采掘工作区域人机闭锁保护系统，以热释电传感器的探测原 理为基础，通过合理安装、设置红外线传自及全套装置，可自动监测采煤面转载机和掘进面掘进tLM转危险区域，M人员进入，则发出声音报警信号，同时输出 闭锁控制信号，立即切断电源，停止转载机或掘进机的运转，或者禁止它们启动。
这样就能更好地保iK掘工作区域工作人员的安全，有效防ih^煤工作面转载机运 转区域和综掘面掘进^it转区域的人身伤害事故的发生。
红外探测可分为被动红外探测和主动红外探测。主动红外探测是指用于探测的 红外信号是由探测器件发出的探湖仿式。由于探测器本身发出红外探观幅号，因此 容易受外界信号的干扰，如大气状况、温度、湿度、周围的建筑物、探测距离和电 子干扰信号等，对探测的灵敏度和准输性造成影响。主动红外探观依比较早的工业 测控系统和军事设备上应用广泛，但因存在易受干扰的缺点，应用领域逐渐减少。
被动红外探测是指利用被探湖U物体本身发出的红外信号实现探测目标的方式。 被动红外探测技术已经得到广泛应用，尤其是在民用、办公、{呆密、军事和文物的 保护等场所应用更为突出，而且技术己基本成熟。被动红外探测有其独特的优势， 本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。
在自然界，任何高于绝对温度(-273")的物体都将产生红外光谱。不同温度的 物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的， 被动红外探测正是利用这一原理实现的。
热释电传感器是一种新型被动红外探测元件，由其制成的红外探头可用于红外 自动门窗控制系统和楼宇红外探测报，系统，比较典型的有DSx系列(DS794E， DS938Z， DS940T等)，这些系统都是由红外探头、专用的红外信号处理芯片 (如:CS9803 BIS0001)、声光报警电路和电机驱动电路等组成。系统的电路比较简单， 仅能实现简单的报警控审'助能，对于要微行人员定位的场合，此类系统是不能实 现的。
' 热释电传感器内有2个关键性的元件， 一个是热释电红外感应单元，它能将波 长为8 12之间的红外信号变化转变为电信号，并能抑制自然界中的白光信号。因 此，在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应单元感应到 的只是背景温度；当人体进人警戒区，热释电红外感应单元感应到的是人術显度与 背景温度的差异信号。
另外一个就是菲涅尔透镜，由若干个菲涅尔透镜环组成。菲涅尔透镜的作用有: (1)聚焦作用，即将热释的红外信号折射在热释电传感器上；(2)通过区域性遮 断技术将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以St变化 的形式在热释电传感器上产生变化的电红外信号，这样，热释电传感器就能产生变化的电信号。
热释电传感器的红外感应单元主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系
陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2Xlmm的探测元件。在每个探测器内 装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度 升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信 号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高，则器的探测灵敏度以增 大探测距离， 一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成， 将其的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放 大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10 20米范围内人 的行动。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的"盲 区"和"高灵敏区"，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体 发出的红外线就不断地交替从"盲区"进入"高灵敏区"，这样就使接收到的红外 信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强化其能量幅度。
由有关电磁辐射理论可知， 一般物体对辐射能量总是有吸收、有反射，其吸收 系数都在0 1之间。而纟顿黑体是指对辐射能量全部吸收没有反射，吸收系数为1 的物体。自然界并不存在乡树黑体，绝对黑体是一个理想化的参考模型。但是绝对 黑体辐射能量的大小与物体绝赠显度有关，其关系遵循普朗克定律，关系式为
『A =2*2[;iVc"r-
式中h为plank常数(6.626x 10-34 Js); c为光速(2.9979x 108 m/s); T为绝对 黑体的温度(K);义为波长；K为Bolzman常数(1.381 x 10-23J/K)。
热释电传感器是一种被动红外探测元件，是利用目标物体所发出的红外辐射信 号实现被动探测的。而目标物体的辐射能量的大小也与物体纟M温度有关，其关系 也遵循普朗克定律，只是在计算目标物体的辐射能量的大小时，要由绝对黑体辐射
能量^再乘以一个0 1之间的吸收系数。
因此，由普朗克定律的关系式可知，目标劍糊射能量的大小与物体的乡树温
度有关。
(1) 目标物体的辐射能量随温度的升髙而增大。
(2) 随温度的升高，物体辐射能量的峰值向短波方向移动。
(3) 相同温度下，不同的目标物体的辐射能量不同。 . 人体辐射的红外线中心波长为9 10^",而在0.2 20，范围内，探测元件的波长灵敏度几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个 滤光片可通过光的波长范围为7 10拜，正好适合于人体红外辐射的探测，而对 其它波长的红外线，贝U由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人鹏
射的红外线传感器。
一旦人侵入探测区域内，人体的红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接 收，经信号处理而报警或做其他控制操作。
为避免在^it变化时器件特性会发生漂移，从而造成误报警， 一般选用双灵敏
元热释电传感器，2个灵敏元的极性相反，输出相反，外部噪声产生信号相互抵消， 减少了噪声的影响。
同时，双灵敏元热释电传感器的滤光片可让人体发出的中心波长为9 10，红 外线通过，将其它光线滤除(在正常体温37'C时，人体的辐射红外线的波长为 9.36声)，因此能够专用于人体探测。
本发明将KHC1-BH被动红外传,探头安装在转载机和掘进机上，当有人进 入探头的有效检测范围中时，人体的热量产生的红外线经过菲涅尔透镜的会聚，激 发红外线接收器产生一种微弱的低频信号，该信号经探头内部线路二级放大，再由 整形电路的处理，限幅后的信号输入主控制器，从而产生控制操作~~K警或断电。
本发明所述iW采掘工作区域人机闭锁i^系统，所提出的方法体系和研帝啲 人机闭锁保护装置是科学、合理、可行的，实施过程中效果良好，为采掘工作面的 安全工作提供了先进的手段和装备，取得了显著的社会效益和经济效益，提高了煤 矿企业的安全生产水平。
附图1是本发明所述,采掘工作区m机闭锁保护系统的总体结构图；附图 2是主控制器电器原理图；附图3是信号放大与调理电路图。1~^工外线会聚信号2 —红外线接收器3—放大4-整形限幅5^f言号输出6~~主控制器7—控制 操作8—报警9一断电10—探头信号ll一放大12—比较13—放大14 一状态转换15—固体继电器16—电磁阀17—灵敏度调整18—延时调整 19—计算机输出接口 20~电源21^探头信号22—放大23—比较24—放 大25—状态转换26—固体继电器27—电磁阀28—灵敏度调整29~延时 调整30~计算机输出接口 31—热释电传感器
具体实施例方式
现参照附图l、附图2和附图3，结合实施例，对本发明所述煤矿采掘工作区域人机闭锁保护系统详细说明如下参照附图l，由红外线会聚信号l开始，传递 至红外线接收器2，经放大3和整形限幅4处理，经信号输出5将信号输送至主控
制器6，经控制操作7传送至服警8和断电9做出执行。参照附图2，探头信号IO 获取的信号，经放大ll处理，同时传送到比较12和灵敏度调整17进行处理。经 放大11后的信息进行比较12的处理，将有用信息再经放大13处理，经状态转换 14，传送至固体继电器15。放大13同时出送到延时调整18，状态转换14同时传 送到计算机输出接口 19。固体继电器15后接电磁阀16和电源20，电磁阀16也同 时与电源20导通。电源20后接固体继电器26，同时联接电磁阀27。电磁阀27亦 与故土继电器26接通，固体继电器26又与状态转换25导通。状态转换25又同时 与放大24和计算机输出接口 30联接。放大24又同时与比较23和延时调整29联 接，比较后接放大22。放大22又同时联接探头信号21和灵敏度调整28。参照附 图3，在本发明所使用的信号放大与调理电路图中，安装有热释电传感器31。本发 明以热释电传感器31的探测原理为基础，通过合理安装、设置红外线传感器及全 套装置，可自动监测采煤面转载机和掘进面掘进机运转危险区域，若有人员进入， 则发出声音报警信号，同时输出闭锁控制信号，立即切断电源，停止转载机或掘进 机的运转，或者禁止它们启动，以此就能更好地保i跌掘工作区域工作人员的安全， 有效防止采煤工作面转载机运转区域和综掘面掘进机运转区域的人身伤害事故的 发生。
红外探观何分为被动红外探测和主动红外探测。主动红外探测是指用于探测的 红外信号是由探测器件发出的探观仿式。由于探测器本身发出红外探测信号，因此 容易受外界信号的千扰，如大气状况、温度、湿度、周围的建筑物、探测距离和电 子干扰信号等，对探观啲灵敏度和准确性造成影响。主动红夕卜探测在比较早的工业 测控系统和军事设备上应用广泛，但因存在易受干扰的缺点，应用领域逐渐减少。
被动红夕卜探领提J詩鹏被探测物体本身发出的红外信号实现探测目标的方式。 被动红外探测技术已经得到广泛应用，尤其是在民用、办公、保密、军事和文物的 保护等场所应用更为突出，而且技术已基本成熟。被动红外探测有其独特的优势， 本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。
在自然界，任何高于绝Xt温度(-273'C)的物体都将产生红外光谱。不同温度的 物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与^it的高低是相关的， 被动红外探测正是利用这一原理实现的。
热释电传感器31是一种新型被动红外探测元件，由其制成的红外探头可用于红外自动门窗控制系统和楼宇红外探测报警系统，比较典型的有DSx系列(DS794E， DS938Z， DS940T等)，这些系统都是由红外探头、专用的红外信号处理芯片 (如:CS9803BIS0001)、声光报警电路和电机驱动电路等组成。系统的电路比较简单， 仅能实现简单的报警控制功能，对于要求进行人员定位的场合，此类系统是不能实 现的。
热释电传感器31内有2个关键性的元件， 一个是热释电红外感应单元，它能 将波长为8 12之间的红外信号变化转变为电信号，并能抑制自然界中的白光信 号。因此，在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应单元 感应到的只是背景温度；当人体进人警戒区，热释电红外感应单元感应到的是人体 温度与背景纟显度的差异信号。
另外一个就是菲涅尔透镜，由若干个菲涅尔透镜环组成。菲涅尔透镜的作用有 (1)聚焦作用，即将热释的红外信号折射在热释电传感器上；(2)通过区域性遮 断技术将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化 的形式在热释电传自上产生变化的电红外信号，这样，热释电传感器就能产生z变 化的电信号。
热释电传感器31的红外感应单元主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸 铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2Xlnrni的探测元件。在每个探测 器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身 温度升高而产生的干扰。由探测元件将探湖拼接收至啲红夕卜辐射转变成微弱的电压 信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以 增大探测距离， 一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成， 将其的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放 大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10 20米范围内人 的行动。
菲涅尔透擬l佣邈竟的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的"盲 区"和"高灵敏区"，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体 发出的红外线就不断地交替从"盲区"进入"高灵敏区"，这样就使接收到的红外 信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强化其能量幅度。
由有关电磁辐射理论可知， 一般物体对辐射能量总是有吸收、有反射，其吸收 系数都在0 1之间。而绝对黑体是指对辐射能量全部吸收没有反射，吸收系数为1 的物体。自然界并不存在纟M黑体，绝对黑体是一个理想化的参考模型。但是绝对黑鸺昌射能量的大小与物体纟^t温度有关，其关系遵循普朗克定律，关系式为
式中h为plank常数(6.626x 10-34 Js); c为光速(2.9979x 108 m/s); T为绝对 黑体的温度(K);义为波长；K为Bolzman常数(1381xl0-23J/K)。
热释电传感器31是一种被动红外探测元件，是利用目标物体所发出的红外辐 射信号实现被动探领啲。而目标物体的辐射能量的大小也与物体绝对温度有关，其 关系也遵循普朗克定律，只是在计算目标物体的辐射能量的大小时，要由绝对黑体
辐射能量^再乘以一个0 1之间的吸收系数。
因此，由普朗克定律的关系式可知，目标物体辐射能量的大小与物体的乡叙t温
度有关。
(1) 目标物体的辐射能量随温度的升高而增大。
(2) 随温度的升高，物f麟昌射能量的峰值向短波方向移动。
(3) 相同温度下，不同的目标物体的辐射能量不同。 人体辐射的红外线中心波长为9 10AM，而在0.2 20，范围内，探测元件
的波长灵敏度几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个 滤光片可通过光的波长范围为7 10<"w ，正好适合于人体红外辐射的探测，而对 其它波长的红外线，则由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人#$畐 射的红外线传感器。
一旦人侵入探测区域内，人体的红外辐射通过部^l竟面聚焦，并被热释电元接 收，经信号处理而报警或做其他控制操作。
为避免在驗变化时器件特性会发生漂移，从而造成误报警，一般选用双灵敏 元热释电传感器，2个灵敏元的极性相反，输出相反，外部噪声产生信号相互抵消， 减少了噪声的影响。
同时，双灵敏元热释电传感器的滤光片可让人体发出的中心波长为9 10，红 外线通过，将其它光线滤除(在正常体温37。C时，人体的辐射红外线的波长为 9.36/^)，因此能够专用于人体探测。
本发明将KHC1-BH被动红外传感器探头安装在转载机和掘进机上，当有AiS 入探头的有效检测范围中时，人体的热量产生的红外线经过菲涅尔透镜的会聚，激 发红外线接收器产生一种微弱的低频信号，该信号经探头内部线路二级放大，再由 整形电路的处理，限幅后的信号输入主控制器，从而产生控制操作~~J艮警或断电。
提高红外人机闭锁装置可靠性可从以下几个方面考虑(1) 当人员进入危险区时，红外人机闭锁装置不仅能可靠报警，而且应能强 制停止转 或掘进机，由主控制器单片机控制继电器开关通断，可实现强制停车;
(2) 整套装置可采用三种供电电源供电+36V， +127V, +220V。当一种供 电电源出现故障时，可以自动切换到其他的供电电源供电，从而使供电不中断，保 证装置的可靠运行；
(3) 装置的主控芯片采用进口单片微型计算机，具有控制精确、抗干扰能力 强、技术等级高、故障率低等特点。采用防爆设计，适用于含有瓦斯气体及煤尘爆 炸危险等恶劣环境中。
漏报警是指各季节的温度差异较大，使得热释电传感器输出信号的幅度不同。 若运算放大器的增益不变，则A/D转换后输出信号的幅度将随着变化。如果采用固 定阈值进行报警判断，会出现环境M^低时能正常报警，环境温度高时不能正常报 警的现象。针对这种情况，采取了以下的解决方法
G)选用低^t漂移的运算放大器； ②采用电子自动增益控制电路；
(3沐用变阈值进行报警比较，变阈值是撤艮警比较电平是变化的，获得方法是 通过单片机的学习功能来实现。
由于红外人机闭锁装置可采用三种供电电源供电+36V， +127V, +220V。当 +36V电源不正常时，由其他备用电源为整套装置供电，这时必须采取措施降低装 置的功耗，具体措施有
(1) 选用低电源供电器件，包括单片机、信号调理电路、A/D转换电路和语 音报警电路等；
(2) 利用一个三极管开关电路控制报警电路电源通和断，即当未报警时，报 警电路不提供电源；当报警时，开关接通，报警电路得到电源，这样可降低整个系 统的功耗。
另外，由于实验中的整套红外人机闭锁W"装置是嵌套在KHC自动喷雾装置 里面的，所以在装置的主控制箱里，除了有红外传自探头的连接点、单片机控制 器和报警仪语音喇叭以外，还有水传感器探头的连接点。因此，需考虑红夕卜传感器 与水传感器的结合应用，转载机或掘进机工作时，必须同时进行喷雾洒水，以斷氐 工作区域的粉尘浓度，保护人员的健康。
在转载机或掘迸纟几启动时，首先是红外传感器探头进行检测，如果在危险区域 内没有发现人员，贝呲时水开关传感器检测水开关。若司机已打开水开关，贝啭载机或掘进机就进入正常工作状态；若水开关还未打开，贝服警仪语音喇叭会进行相 应的提示。待打开水开关，重新启动转载机或掘进机，红外传感器再次检测， 一切
无异常后，转载机或掘进机才i4A正常工作状态。如果红外传感器探头进行检领附，
在危险区域内发现有人活动，则进行相应的语音提示，等人员全部撤出危险区后， 再重新启动转载机或掘进机，并重复上面的过程。
在这些过程中，红外传感器探头和水传感器探头结合应用，提高了 KHC自动
喷雾装置的使用效率，节省了资源。
红外线人机闭锁保护装置内嵌在KHC1系列矿用自动喷洒除尘装置内，由一套 主控制器控制，当外界环境信号被传自探头摄入，就立即转换成特定的电信号， 通过电缆的传输，电信号进入主控制器被放大，鉴别和比较处理后的信号经功率放 大直接控制固体继电器工作，在电信号处理过程中，根据设备的功能要求，由特定 的电路灵敏度，时间控制及输出状态进行设定和调整。弱电输出系统根据固体继电 器的动作指令，直接驱动喷雾电磁阀，从而自动实现喷雾或自动洒水的过程。
当转载机或掘进机司机按下机器的启动按钮，主控制器会将开关信号送入单片 机，由单片机发出指令，控制声报警电路进行语音提示，同时开启红外传感器进行 检测。当语音提示完成后，如果红外传感器探头检测到转载机或掘进机危险区域内 有人(或水传感器检测到水开关没有打开)，贝岫单片机控制进行相应的语音提示， 此时无法开启转载机或掘进机电源为其送电，即禁止它们启动；待一切无异常后， 需重新按下转载机或掘进机的启动按钮，再进行语音提示(可通过按键设定语音提 示遍数)，提示结束后延时3秒自动启动转载机或掘进机。
转载机或掘进机工作过程中，如果红夕卜传感器探头检观倒转载机或掘进机危险 区域内有人，则立即切断电源，停止转载机或掘进机的运转。
在转载机己经安装好红外人机闭锁{，装置的基础上，根据上述工作流程，采 煤面转载mM转区域红外人机闭锁保护的工作禾旨如下-
(1) 转载机司机按下转载机上的启动按钮，这时主控制器将司机按下的开关 信号送入单片机。
(2) 根据开关信号，单片机发出指令，控制语音电路进行提示"同志您好，. 转载机准备启动，请危险区域人员全部撤出"(语音提示的内容可以通过计算机进 行相应的设置)。
(3) 主控制器开动各种传感器进纟亍检测。
(4) 若安装在转载机的红外线传感器探头在探测范围内检测有人员存在时，报警仪进行报警，语音提示"同志您好，前方有人!"这时转载机会自动停止启动。
(5) 待确信危险区域内的人员全部撤出后，司机重新按启动按钮，这时语音 会重新提示"同志您好，转载机准备启动，请危险区域内的人员全部撤出"。
(6) 此时红外传感器无法检测到人员的存在。水传感器会检测水开关是否打 开。若水开关已经打开，转载机将在语音提示结束后延时3秒自动启动，转载机开 始工作。若水开关没有打开，将出现语音提示"同志您好，转载机无法启动，请打 开水开关。"
(7) 打开水开关以后，必须再按启动按钮，待红外传感器和水传感器检测到 一切正常才能启动转载禾几。
(8) 在转载机工作过程中，各种传感器是一直在收集检测人体的热量信号的。 如果红外线传感器检测到有人时，贝往控制器会自动关闭水开关和停止转载机。待 危险区域内的人员全部撤出后，再由司机重新按下转载机的启动按钮。
(9) 如此往复不断的进行传感器检测和转载机的再启动，实现采煤面转载机 运转区域的声报警和人机闭锁功能，有效防止人身伤害事故的发生。
采煤面转载机运转区域人机闭锁保护方案包括如下2个方面。
(1) 人员m转载机运转危险区域前的预报警和人机闭锁方案
在转载机司机刚刚按下启动按钮企图启动机器的时候，主控制器会立刻将开关 信号送入单片机，单片机根据开关信号发出指令，控制语音电路进行人员进入转载 机运转危险区域前的预报警。接到报警信息后，处于危险区域内的人员应马上撤离， 同时红外传感器进行探测，在危险区域内有人的情况下拒绝送电启动机器。
(2) 工作人员进入转载机运转危险区域内的报警和人机闭锁方案 在转载机运行期间，若红外线传感器在探测范围内检测到有人员存在，语音报
警仪进行报警，并切断电源使转载机自动停止。接到报警信息后，人员应马上撤出， 待确信危险区域内的人员全部撤出后，司机需重新启动转载机，主控制器再次将开 关信号送入单片机，单片机再次控制语音电路进行其他人员itA转载机运转危险区 域前的预报警。同时，水传感器会检测水开关是否打开。若水开关已经打开，转载 机将在语音提示结束后延时3秒自动启动，转载机开始工作。若水开关没有打开， 声报警电路将再次进行语音提示，打开水开关以后，司机必须再按启动按钮，待红 外传感器和7jC传感器检观倒一切正常才能启动转载机。
在掘进机已经安装好红外人机闭锁保护装置的基础上，根据上述工作流程，综 掘面掘进机运转区域红外人机闭锁保护的工作程序如下
1(1) 综掘机司机按下综掘机上的启动按钮，这时主控制器将司机按下的开关 信号送入单片机。
(2) 根据开关信号，单片机发出指令，控制语音电路进行提示"同志您好， 综掘机准备启动，请迎头人员全部撤出"。(语音提示的内容可以通过计算机进行相 应的设置)
(3) 主控制器开动各种传感器进行检测。
(4) 若安装在综掘机的红外线传感器探头在探测范围内检观陏人员存在，报 警仪进行报警，语音提示"同志您好，前方有人!"这时综掘机会自动停止启动。
(5) 待确信危险区域内的人员全部撤出后，司机重新按启动按钮，这时语音 会重新提示"同志您好，综掘机准备启动，请迎头人员全部撤出"。
(6) 主控制器开动各种传感器进行检测。
(7) 由于此时危险区域内的人员已经全部撤出，红外传感器无法检测到人员 的存在，这时7jC传感器会检测水开关是否打开。若水开关已经打开，综掘机将在语 音提示结束后延时3秒自动启动，综掘机开始工作。若水开关没有打开，将出现语 音提示"同志您好，综掘机无法启动，请打开水开关。"
(8) 打开水开关以后，必须再按启动按钮，待红外传感器和水传感器检测到 一切正常才能启动综掘机。
(9) 在综掘机工作过程中，各种传感器是一直在收集检测人体的热量信号的。 如果红外线传感器检测到有人在危险区域，则主控制器会自动关闭水开关和停止综 掘机。待危险区域内的人员全部撤出后，再由司机重新按下综掘机的启动按钮。
(10) 如此往复不断的进行传感器检测和再启动，实现掘进面综掘机运转区域 的声报警和人机闭锁功能，有效防止人身伤害事故的发生。
综掘面掘进^l^转区域人机闭锁保护方案包括如下2个方面。
(1) 人员进入掘进mig转危险区域前的预报警和人机闭锁方案
在掘进机司机刚刚按下启动按钮企图启动机器的时候，主控制器会立亥赂开关 信号送入单片机，单片机根据开关信号发出指令，控制语音电路进行人员进入掘进 机运转危险区域前的预报警。接到报警信息后，在危险区域内有人的情况下拒绝送 电启动机器。
(2) 工作人员进入掘进机运转危险区域内的报警和人机闭锁方案 在掘进机运行期间，若红外线传感器在探测范围内检测到有人员存在，语音报
警仪进行报警，并切断电源使掘进机自动停止。接到报警信息后，人员应马上撤出。待确信危险区域内的人员全部撤出后，司机需重新启动掘进机，主控制器再次将开 关信号送入单片机，单片机再次控制语音电路进行其他人员进入掘进机运转危险区 域前的预报警。同时，水传感器会检测水开关是否打开。若水开关已经打开，掘进 机将在语音提示结束后延时3秒自动启动，掘进机开始工作。若水开关没有打开， 声报警电路将再次进行语音提示，打开水开关以后，司机必须再按启动按钮，待红 外传感器和水传自检测到一切正常才能启动掘进机。 本发明的有益效果
采掘工作区域人机闭锁保护技术实施以来，有效防止了采煤工作面转载机运转 区域和综掘工作面掘进机运转区域人身伤害事故的发生，取得了显著的社会效益； 同时，保证了采掘工作面的正常生产，取得了显著的经济效益；另外，为采掘工作 面的安全工作提供了先进的手段和装备，提高了煤矿企业的安全生产水平。本装置 的使用效果主要体现在以下几个方面
(1 )红外人机闭锁保护装置确保了采煤工作面转载机运转区域和综掘面掘进 机运转区域工作人员的安全，有效防止了采掘机械伤害事故的发生，降低了采掘事 故发生概率，促进了安全生产水平的提高。
(2) 通过使用红外人机闭锁保护装置，可以将采煤工作面转载机拉线式急停 开关和掘进机使用的栅栏门和炮头盖去掉，使采掘工作面的生产更为方便和顺畅； 同时，将原来的机械主动防护变为电器自动保护，提高了安全程度，杜绝了因人工 操作失误而造成的不必要伤害。
(3) 红外人机闭锁保护装置的安装和应用，实现了转载机和掘进机运转区域
的动态安全监控，提高了相应区域机械伤害防护的可靠性，实现了相应区域的本质 安全化。
1权利要求
1、煤矿采掘工作区域人机闭锁保护系统，其特征在于本发明以热释电传感器(31)的探测原理为基础，通过合理安装、设置红外线传感器及全套装置，可自动监测采煤面转载机和掘进面掘进机运转危险区域，若有人员进入，则发出声音报警信号，同时输出闭锁控制信号，立即切断电源，停止转载机或掘进机的运转，或者禁止它们启动，以此就能更好地保证采掘工作区域工作人员的安全，有效防止采煤工作面转载机运转区域和综掘面掘进机运转区域的人身伤害事故的发生。
2、 根据权利要求1所述的煤矿采掘工作区域人机闭锁保护系统，其特征在于由红外线会聚信号(1)开始，传递至红外线接收器(2)，经放大(3)和整形限幅 (4)处理，经信号输出(5)将信号输送至主控制器(6)，经控制操作(7)传送 到报警(8)和断电(9)做出执行。
全文摘要
煤矿采掘工作区域人机闭锁保护系统，以热释电传感器的探测原理为基础，通过合理安装、设置红外线传感器及全套装置，可自动监测采煤面转载机和掘进面掘进机运转危险区域，若有人员进入，则发出声音报警信号，同时输出闭锁控制信号，立即切断电源，停止转载机或掘进机的运转，或者禁止它们启动。这样就能更好地保证采掘工作区域工作人员的安全，有效防止采煤工作面转载机运转区域和综掘面掘进机运转区域的人身伤害事故的发生。本发明采用红外探测技术和相应的装置，本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉，安装并投入使用后，杜绝了因人工操作失误而造成的不必要伤害，提高了相应区域机械伤害防护的可靠性，实现了相应区域的本质安全化。
文档编号E21F17/00GK101476487SQ20081015971
公开日2009年7月8日 申请日期2008年11月4日 优先权日2008年11月4日
发明者宋立刚, 张忠玉, 忠 曹, 李法柱, 恒 王 申请人:淄博矿业集团有限责任公司