華寧控制系統(tǒng)在綜采工作面的應(yīng)用及改進

摘要：文章主要介紹了華寧（KTC101）通訊控制系統(tǒng)在綜采工作面和順槽皮帶上的應(yīng)用及存在的不足，并提出了改進方案，從系統(tǒng)可靠性、可維護性方面做了分析比較，對改進前后的使用情況做了總結(jié)，具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：綜采工作面；控制；改進應(yīng)用；可靠性

中圖分類號：TD632 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）26-0170-03

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，煤礦機電設(shè)備在不斷的更新?lián)Q代，功能也在不斷的完善和升級，各個設(shè)備之間的關(guān)系越來越復(fù)雜，自動化程度進一步提高，對集中控制系統(tǒng)提出了更高的要求。華寧（KTC101）通訊控制系統(tǒng)是一套用于井下皮帶、三機、耦合器控制的典型產(chǎn)品，集成度高，靈活性和可擴展性好，在我礦使用兩年以來，各方面性能優(yōu)越，工作比較穩(wěn)定。通過查閱相關(guān)資料，國內(nèi)目前有200多個礦井都使用了此系統(tǒng)，目前很少有人做過針對此系統(tǒng)的現(xiàn)場使用情況的分析，作為一名用戶方的技術(shù)人員，通過本文對華寧控制器在現(xiàn)場的使用情況作一研究總結(jié)，與廣大同行朋友們進行交流，為系統(tǒng)的優(yōu)化改進提供建議或意見。

1 應(yīng)用背景及系統(tǒng)簡介

張家峁礦是一座大型現(xiàn)代化礦井，設(shè)計生產(chǎn)能力為600萬t/a，現(xiàn)有兩個綜采工作面正在回采，分別為15202工作面和14202工作面，均使用了華寧（KTC101）通訊控制系統(tǒng)。

華寧KTC101通訊控制系統(tǒng)采用的是嵌入式技術(shù)，上位機采用嵌入式計算機，并配有兩個標(biāo)準(zhǔn)串口，串口通訊采用modbus通訊方式，可以與外界計算機或其他采用modbus通訊方式的設(shè)備配接實現(xiàn)信息共享。利用modbus通訊，可從組合開關(guān)、變頻器上采集電機的工作電流并實時顯示，通過各種傳感器對電機溫度、皮帶速度、皮帶張緊力、減速機油壓、軸承溫度、煙霧、縱撕、跑偏、堆煤、環(huán)境溫度等各種工況進行檢測，并在主控制器液晶屏上實時顯示，根據(jù)設(shè)置需要實現(xiàn)報警或停車保護。

2 結(jié)構(gòu)原理及改進方案

2.1 控制系統(tǒng)構(gòu)成原理

以工作面三機控制系統(tǒng)為例，華寧KTC101通訊控制系統(tǒng)主要包括以下子模塊：①KTC101-Z型主控制器。②KDW101型礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電源。輸入電壓AC 127V， 50 Hz，輸出兩組DC 5V、兩組DC 12V、一組DC 18V， 總共五塊帶兩級過壓保護、兩級過流保護的本質(zhì)安全型電源模塊。③系列組合擴音電話和急停閉鎖開關(guān)。擴音電話是一種模塊組合型產(chǎn)品，主要有語音通訊、打點、閉鎖按鈕、拉線急停、啟停操作按扭和智能輸入、輸出等功能。④KJS101型本安輸入輸出。本安輸入輸出設(shè)備（也稱“下位機”或“分站”）可以看作一個由主站KTC101-Z型主控制器和若干KJS101本安輸入輸出構(gòu)成的集中加分布控制系統(tǒng)。分站負責(zé)遠程數(shù)據(jù)的采集、通訊，直接參與控制，在分站的配合下實現(xiàn)整個系統(tǒng)的擴展與延長。分站帶有4-12路輸出，4-12路開關(guān)量或模擬量輸入。且分站不需設(shè)址，只要接入系統(tǒng)，控制器會自動識別，將離控制器最近的設(shè)置為1號下位機，然后從主控制器由近及遠，依次設(shè)置為2-15號，從而實現(xiàn)集中-分布式控制。⑤KFD101型多功能終端和七芯雙屏蔽雙護套強拉力阻燃電纜。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

從圖1可以看出，KTC101系統(tǒng)采用的是雙總線結(jié)構(gòu)。一條是內(nèi)部總線，KTC101-Z主控制計算機（也稱上位機）通過內(nèi)部總線和各中位機模塊相連，CS1通過外部總線和遠端的下位機相連。采用模塊化設(shè)計理念，在主控CPU的基礎(chǔ)上將具有獨立功能的控制部分分解為若干模塊，各個模塊相互獨立，彼此完成不同的功能，構(gòu)成一個集中/分布式智能控制系統(tǒng)。

KTC101控制系統(tǒng)在皮帶上的應(yīng)用除以上子模塊外，還包括了各種傳感器裝置，它們通過IO模塊或下位機將檢測到的各種信號上傳給主控制器，CPU根據(jù)各參數(shù)狀態(tài)判斷是否執(zhí)行報警或停車指令。主要包括以下幾種傳感器：

①GSC-200/1000-SC型速度傳感器。用作膠帶輸送機檢測低速打滑、超速等保護?？蓪ν馓峁?00～1000 Hz的標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號， 對應(yīng)皮帶速度值0～6 m/s（模擬量），安裝在底皮帶并與其緊密接觸。

②GWM-40-W型溫度傳感器。根據(jù)被測物體的溫度高低來決定輸出，是一種接觸式傳感器，其輸出形式為開關(guān)量，當(dāng)被測設(shè)備或環(huán)境溫度大于45℃時，常開接點閉合，溫度保護動作。

③GUD-330-D型堆煤傳感器。用于兩皮帶搭接的機頭處或溜煤眼處，當(dāng)發(fā)生堆煤或倉位超限時，傳感器動作一定的角度，輸出點由閉合變成斷開，系統(tǒng)報警停車，達到保護膠帶的目的。

④GQL0.1-Y型煙霧傳感器。用于煤礦井下檢測和預(yù)報機械摩擦（如皮帶機等）、電氣設(shè)備引起的電纜起火和煤層自燃等原因引起的火災(zāi)事故。當(dāng)經(jīng)過探頭的氣體煙霧超標(biāo)時，對外發(fā)出光電提示，并輸出開關(guān)量信號（輸出點由常開變成常閉）。

⑤GEJ-15-P型跑偏傳感器。安裝在皮帶兩側(cè)，當(dāng)皮帶發(fā)生跑偏時，皮帶觸動萬向活動桿使其動作，傳感器向外輸出開關(guān)量以保護皮帶。在我礦15202順槽皮帶控制系統(tǒng)中，皮帶主電機、減速機油泵電機、風(fēng)扇電機等由唐山開誠PLC控制柜進行控制，KTC101系統(tǒng)負責(zé)各保護參數(shù)的采集、本皮帶與上下設(shè)備連鎖信號的采集、沿線閉鎖信號的采集等，經(jīng)CPU處理后統(tǒng)一輸出為停車報警信號，然后傳輸給唐山開誠PLC柜，實現(xiàn)皮帶的各種保護。

2.2 改進及實施方案

15202順槽皮帶和工作面三機采用兩套華寧KTC101通訊控制系統(tǒng)進行保護控制，連鎖信號通過皮帶CS1沿線及下位機與工作面三機控制器通訊，系統(tǒng)配置如圖2所示。當(dāng)需要啟動皮帶時，操作人員按下華寧主控制器鍵盤上的“1”號鍵，控制器中設(shè)置好的“電機啟動輸出點（1）、（2）”分別將啟動信號輸出給唐山開誠PLC控制柜和CS1沿線最后一臺下位機的1號輸出點，然后在皮帶機尾通過專用電纜將下位機上的皮帶啟動信號接到工作面三機控制器的啟動就需輸入點上，當(dāng)三機控制器CPU檢測到皮帶啟動信號（常開接點閉合）后，便將三機的啟動狀態(tài)改為“準(zhǔn)備就緒”，三機才可在 “集控”方式下啟動，否則只能在“檢修”或“點動”方式下啟動。

由于順槽皮帶機尾隨著工作面的回采不斷向前推移，正常生產(chǎn)時每2～3 d就需拉一次移變列車，移變列車上的三機主控制器也跟著向前移動，皮帶CS1沿線的最后一臺下位機與三機控制器間距離較長，連接的電纜每次都需要重新吊掛和接線，而且容易受損傷，既增加了工人的勞動強度又降低了系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)過現(xiàn)場考察和理論分析，并結(jié)合KTC101控制系統(tǒng)下位機的功能特點，我將工作面三機控制系統(tǒng)中馬蒂爾處的擴音電話更換為帶有輸入輸出的下位機，并與皮帶CS1沿線的最后一臺下位機共同固定在馬蒂爾處外加的一塊鋼板上，然后用一根1m長的電纜將皮帶下位機的1號輸出點和三機控制系統(tǒng)下位機的2號輸入點相連，并在三機控制器中將破碎機“啟動就緒點設(shè)置為CS1.1.2”，這樣三機控制器便可通過其CS1沿線下位機從皮帶CS1沿線最后一臺下位機1號輸出口讀取皮帶啟動信號，省略了三機控制器與皮帶下位機間的專用電纜，改進后系統(tǒng)配置如圖3所示。

3 結(jié) 語

15202順槽皮帶和工作面三機控制系統(tǒng)的連鎖信號傳輸方式經(jīng)過改進后，電工在KTC101系統(tǒng)方面的檢修維護工作量大大減輕，提高了工作效率。線路經(jīng)過簡化后，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也得到了大幅度提高，原先因為線路受損、干擾等問題出現(xiàn)的故障被完全消除。同時，線路簡化也為安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化工作的開展提供了方便，移變列車后部的冗余電纜得到了徹底清理，電纜吊掛整齊度明顯改善?？傮w來說，此方案簡便易行，使用效果良好，在礦井安全生產(chǎn)中起到了積極的作用。

參考文獻：

[1] 秦芳芳.綜采工作面通訊控制系統(tǒng)[J].機械管理開發(fā)，2003，(3).