集成于斜井提升機(jī)電控系統(tǒng)的自動風(fēng)門控制系統(tǒng)

李宏濤，段顯艷，曹喜生，袁正泉

（1.天水電氣傳動研究所有限責(zé)任公司，甘肅天水741020；2.中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司塔里木鉆井分公司，新疆庫爾勒841000）

1 引言

煤礦斜井井口風(fēng)門是煤礦井下通風(fēng)安全管理的主要設(shè)備，其作用是避免進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)和回風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)流短路，同時(shí)又不影響兩系統(tǒng)間的過車，對通風(fēng)安全及生產(chǎn)運(yùn)輸系統(tǒng)是至關(guān)重要的。長期以來井口風(fēng)門主要是采用人工啟閉的普通電動風(fēng)門。人工啟閉風(fēng)門費(fèi)時(shí)費(fèi)力，安全系數(shù)低，影響運(yùn)輸效率。近年來，煤礦的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、科研單位對此進(jìn)行了一些探索、研究，尤其隨著煤礦生產(chǎn)自動化程度的提高，提升機(jī)電控系統(tǒng)的不斷完善，煤礦斜井井口風(fēng)門的可靠性和自動化程度顯得更為重要。

隨著提升機(jī)控制系統(tǒng)性能的不斷完善和提高，現(xiàn)在大多數(shù)的風(fēng)門控制系統(tǒng)已與提升機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了連接。這樣不僅大大提高了風(fēng)門控制的可靠性和自動化程度，也提高了提升機(jī)的運(yùn)輸能力。例如：軌道檢測式自動風(fēng)門控制系統(tǒng)，在經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)，此控制系統(tǒng)存在兩個致命缺點(diǎn)：其一，未與提升機(jī)系統(tǒng)完全聯(lián)鎖，當(dāng)風(fēng)門系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)提升機(jī)系統(tǒng)不能及時(shí)停車而發(fā)生事故；其二，此風(fēng)門控制系統(tǒng)的軌道檢測開關(guān)由于常被重達(dá)幾噸的礦車軋過，會常出現(xiàn)誤動作或損壞，致使風(fēng)門系統(tǒng)故障率高。因此，設(shè)計(jì)了集成于提升機(jī)電控系統(tǒng)的牌坊檢測式自動風(fēng)門控制系統(tǒng)來解決以上問題。

2 風(fēng)門控制系統(tǒng)可靠的必要性和重要性

在靠近壓風(fēng)機(jī)房即主扇的斜井井口都應(yīng)安裝風(fēng)門來保證井下空氣的流通，降低井下瓦斯?jié)舛?，使井下作業(yè)的工作人員有足夠的氧氣。如果沒有設(shè)置風(fēng)門，或者風(fēng)門控制不可靠，由壓風(fēng)機(jī)房向井下壓入的新鮮空氣就會由井口流失，使井下危險(xiǎn)。這就是常說的風(fēng)流短路。另外，風(fēng)門控制系統(tǒng)不可靠還有其他的安全隱患，如人車要經(jīng)過風(fēng)門，風(fēng)門應(yīng)該打開時(shí)沒有打開，就會發(fā)生撞門事件，輕則耽誤生產(chǎn)，重則傷人。

3 牌坊檢測式自動風(fēng)門控制系統(tǒng)的組成

（1）風(fēng)門控制系統(tǒng)硬件

風(fēng)門控制系統(tǒng)硬件主要由以下幾個部分組成。

主回路：風(fēng)門電源斷路器、正轉(zhuǎn)接觸器、反轉(zhuǎn)接觸器。

控制回路：PLC程序控制、硬件控制。

檢測回路：風(fēng)門狀態(tài)檢測、過門狀態(tài)監(jiān)測、風(fēng)門動作檢測、甩車檢測。風(fēng)門動作檢測開關(guān)由以前的軌道式安裝改為牌坊式深度指示器安裝，檢測開關(guān)由以前的普通行程開關(guān)替換成可靠性更高的霍爾接近開關(guān)。這樣大大降低了風(fēng)門動作檢測開關(guān)的故障率，從而提高風(fēng)門的可靠性。

（2）風(fēng)門的控制方式

如圖1所示為兩道風(fēng)門檢測開關(guān)位置示意圖。

圖1 兩道風(fēng)門檢測開關(guān)位置示意圖

說明：牌坊式深度指示器上的小滑塊的位置，與礦車在井筒中的位置存在一個固定的比例，由此圖的DI位置點(diǎn)直觀的反應(yīng)風(fēng)門動作點(diǎn)的位置，而實(shí)際這些動作點(diǎn)安裝于牌坊式深度指示器上。

本設(shè)計(jì)規(guī)定靠近井口的風(fēng)門為一道風(fēng)門。

（1）手動控制方式

操作工可以通過操作臺上的轉(zhuǎn)換開關(guān)和按鈕來控制風(fēng)門動作。

具體操作是：“風(fēng)門控制方式”轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“手動”，按“一道手動”按鈕，一道風(fēng)門開（如果風(fēng)門在關(guān)的狀態(tài)），否則風(fēng)門關(guān)（如果風(fēng)門在開的狀態(tài)）；按“二道手動”按鈕，二道風(fēng)門開（如果風(fēng)門在關(guān)的狀態(tài)），否則風(fēng)門關(guān)（如果風(fēng)門在開的狀態(tài)）。此控制方式只有在風(fēng)門出現(xiàn)故障或檢修時(shí)使用。

（2）自動控制方式

正常開車時(shí)操作工只要把風(fēng)門控制開關(guān)打到“自動”，PLC就會根據(jù)絞車運(yùn)行的方向和位置自動開、關(guān)風(fēng)門。

當(dāng)絞車處于上行狀態(tài)時(shí)，牌坊式深度指示器上的深度指針依次經(jīng)過二道風(fēng)門下控開關(guān)、二道風(fēng)門過門監(jiān)視、二道風(fēng)門上控開關(guān)、一道風(fēng)門下控開關(guān)、一道風(fēng)門過門監(jiān)視、一道風(fēng)門上控開關(guān)。對應(yīng)上述過程的具體動作依次為：二道風(fēng)門開、絞車經(jīng)過二道風(fēng)門、二道風(fēng)門關(guān)、一道風(fēng)門開、絞車經(jīng)過一道風(fēng)門、一道風(fēng)門關(guān)。

（3）風(fēng)門安全回路

風(fēng)門安全回路主要包括風(fēng)流短路故障、風(fēng)門拒開故障、風(fēng)門拒關(guān)故障、風(fēng)門狀態(tài)檢測開關(guān)故障、風(fēng)門動作超時(shí)故障、風(fēng)門過位故障。

（4）風(fēng)門監(jiān)控系統(tǒng)

目前，提升機(jī)控制系統(tǒng)大多都實(shí)現(xiàn)了聲光告警系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，因此牌坊檢測式自動風(fēng)門控制系統(tǒng)也就由以前的手動控制系統(tǒng)跳躍升級到全自動帶監(jiān)控系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。風(fēng)門的開關(guān)狀態(tài)、動作、絞車過門、故障等都在提升機(jī)操作臺上通過指示燈和語音裝置實(shí)現(xiàn)聲光告警。風(fēng)門狀態(tài)檢測、過門狀態(tài)監(jiān)測、風(fēng)門動作檢測、甩車檢測、風(fēng)門故障等都在提升機(jī)的監(jiān)視屏中有單獨(dú)畫面顯示。

4 牌坊檢測式自動風(fēng)門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)風(fēng)門動作順序要求，并保證車輛通過時(shí)風(fēng)門暢通，而且前后兩道風(fēng)門應(yīng)可靠互鎖，不能同時(shí)打開，以避免風(fēng)流短路。因此，在原提升機(jī)PLC中增加一些數(shù)字量輸入DI點(diǎn)和輸出DO點(diǎn)來控制兩道風(fēng)門的自動開關(guān)。圖2所示為數(shù)字量輸入（DI）、數(shù)字量輸出（DO）。圖3所示為PLC程序設(shè)計(jì)流程。

圖2 數(shù)字量輸入（DI）、數(shù)字量輸出（DO）

5 牌坊檢測式自動風(fēng)門控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖

（1）當(dāng)風(fēng)門安全回路出現(xiàn)故障時(shí)，提升機(jī)電控系統(tǒng)會報(bào)出相應(yīng)的故障并且自動控制提升機(jī)電氣制動并停車。

（2）根據(jù)提升容器過風(fēng)門時(shí)的速度要求設(shè)計(jì)運(yùn)行速度曲線，然后根據(jù)運(yùn)行速度曲線和風(fēng)門的動作速度來確定風(fēng)門的上、下控制開關(guān)在牌坊式深度指示器上的位置。

（3）最后通過調(diào)試并觀察現(xiàn)場絞車和風(fēng)門的試運(yùn)行效果，反復(fù)調(diào)整檢測開關(guān)的位置和運(yùn)行速度曲線，來實(shí)現(xiàn)牌坊檢測式自動風(fēng)門控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制。

6 結(jié)束語

圖3 PLC程序設(shè)計(jì)流程圖

集成于提升機(jī)電控系統(tǒng)的牌坊檢測式自動風(fēng)門控制系統(tǒng)在某礦斜井已成功運(yùn)用。風(fēng)門和提升機(jī)用同一套PLC控制，風(fēng)門互鎖可靠，不會造成風(fēng)流短路，自動化程度高、與提升機(jī)的集成度高、編程簡單、可靠性高、安全系數(shù)高。當(dāng)外部條件過于苛刻，此種風(fēng)門控制系統(tǒng)會有使用弊端，如兩道風(fēng)門之間距離過短且礦車長度過長。

［1］胡 建.西門子S7-300PLC應(yīng)用教程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［2］天津電氣傳動設(shè)計(jì)研究所.電氣傳動自動化技術(shù)手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［3］翟洪亮.煤礦自動開關(guān)氣動閉鎖防撞風(fēng)門的研制與應(yīng)用［J］.山東煤礦科技，2007，（5）5-6.