煤礦掘進(jìn)工作面三專兩閉鎖電氣控制的PLC控制改造

郭 剛

（山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西 大同 037003）

煤礦掘進(jìn)工作面三專兩閉鎖電氣控制的PLC控制改造

郭 剛

（山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西 大同 037003）

煤礦井下掘進(jìn)工作面實(shí)行“三專兩閉鎖”是防止瓦斯事故發(fā)生的重要技術(shù)措施，它涉及供電、通風(fēng)、監(jiān)控三方面。目前煤礦“三專兩閉鎖”電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用繼電保護(hù)控制，由于繼電控制系統(tǒng)元器件多、接線量大、故障率高、系統(tǒng)工作可靠度較低，為解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，文章研究用PLC改造繼電控制系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)工作的可靠程度，進(jìn)而確保煤礦安全生產(chǎn)。

煤礦井下；掘進(jìn)工作面；三專兩閉鎖；電氣控制改造

為有效預(yù)防煤礦井下掘進(jìn)工作面因停電、停風(fēng)而造成的瓦斯爆炸、瓦斯窒息等事故的發(fā)生,《煤礦安全規(guī)程》對(duì)不同瓦斯等級(jí)礦井安裝使用“三專兩閉鎖”和雙風(fēng)機(jī)雙電源作出了專門規(guī)定,以保障供電的穩(wěn)定、可靠性和作業(yè)人員的安全性。實(shí)行“三專兩閉鎖”是防止瓦斯事故發(fā)生的重要技術(shù)措施,它涉及供電、通風(fēng)、監(jiān)控三方面。

1 掘進(jìn)工作面三專兩閉鎖

1.1 三專供電系統(tǒng)

每個(gè)掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機(jī)供電,直接由采區(qū)變電所采用專用變壓器、專用開關(guān)和專用電纜向局部通風(fēng)機(jī)供電,以防其他電氣設(shè)備的用電干擾,確保局部通風(fēng)機(jī)的連續(xù)正常供電。三專兩閉鎖供電系統(tǒng)，見圖1。

圖1 三專兩閉鎖電氣系統(tǒng)圖

1.2 風(fēng)-電閉鎖控制原理

風(fēng)-電閉鎖,是指控制通風(fēng)機(jī)的啟起動(dòng)器與控制掘進(jìn)機(jī)的啟動(dòng)器進(jìn)行聯(lián)鎖控制,來(lái)實(shí)現(xiàn)先給通風(fēng)機(jī)供電,然后才能給掘進(jìn)機(jī)供電的方式。風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí),掘進(jìn)機(jī)工作面的電源同時(shí)被切斷，其控制原理，見圖2。

風(fēng)-電閉鎖原理,是把控制通風(fēng)機(jī)磁力啟動(dòng)器QC83-80中的輔助常開接點(diǎn)KM3,通過(guò)控制電纜串聯(lián)在控制掘進(jìn)機(jī)磁力啟動(dòng)器QC83-120的啟動(dòng)控制回路中,只有通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后,QC83-80啟動(dòng)器的輔助常開接點(diǎn)KM3閉合,控制掘進(jìn)機(jī)的QC83-120啟動(dòng)器才能接通,使接觸器吸合,給掘進(jìn)機(jī)供電。如果通風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn),QC83-80的輔助常開接點(diǎn)KM3斷開QC83-120的控制回路,使掘進(jìn)機(jī)斷電。1.3瓦斯-電閉鎖控制原理

瓦斯-電閉鎖,是當(dāng)掘進(jìn)巷瓦斯超限時(shí),自動(dòng)切斷給掘進(jìn)機(jī)供電的高壓電源，其控制原理，見圖3。

瓦斯-電閉鎖原理,是由瓦斯（CH4）探頭測(cè)得掘進(jìn)工作面（巷）的CH4含量信號(hào)送給監(jiān)控分站,當(dāng)CH4超限,即CH4濃度達(dá)到1.5％時(shí),監(jiān)控分站內(nèi)繼電器常開接點(diǎn)K1閉合,接通斷電儀電路,其內(nèi)部繼電器接點(diǎn)K2閉合,接通了給掘進(jìn)機(jī)供電變壓器的高壓開關(guān)脫扣線圈TA電路,使高壓開關(guān)跳閘。切斷了掘進(jìn)工作面電氣設(shè)備的電源,實(shí)現(xiàn)了瓦斯-電閉鎖。

2 煤礦實(shí)際用KSGJY型綜掘?qū)Ｓ靡苿?dòng)變電站實(shí)現(xiàn)三專兩閉鎖

煤礦井下綜掘設(shè)備的供電是由KSGJY型移動(dòng)變電站來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其供電系統(tǒng)電路，見圖4。

圖2 兩臺(tái)開關(guān)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電閉鎖原理圖

圖3 瓦斯-電閉鎖原理圖

KSGJY型移動(dòng)變電站由專用高壓真空配電箱17供電,經(jīng)三相變壓器B降壓后,再經(jīng)接觸器1K和電纜9向局部通風(fēng)機(jī)供電;經(jīng)接觸器2K和電纜10向掘進(jìn)工作面用電設(shè)備供電。

2.1 局部通風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程

1）給風(fēng)機(jī)供電的動(dòng)力電纜未發(fā)生漏電,JJKB30檢漏繼電器的常開接點(diǎn)閉合;

2）電機(jī)綜合保護(hù)器ABD正常,其常開接點(diǎn)閉合;

3）工作面和工作面回風(fēng)流中瓦斯不超限,T2和T3的常閉接點(diǎn)閉合;局部通風(fēng)機(jī)入風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛炔怀?T1常閉接點(diǎn)閉合;

4）當(dāng)T1處瓦斯不超限時(shí),瓦斯斷電儀SCH4使時(shí)間繼電器KT1吸合,其常開接點(diǎn)KT1延時(shí)0～60 s閉合;

圖4 KSGJY系列綜掘?qū)Ｓ靡苿?dòng)變電站供電系統(tǒng)

圖中：1-KSGJY型移動(dòng)變電站高壓負(fù)荷開關(guān);2-移動(dòng)變電站三繞組干式變壓器;3-移動(dòng)變電站低壓饋電組合開關(guān),供掘進(jìn)工作面動(dòng)力電源開關(guān);4-移動(dòng)變電站低壓饋電組合開關(guān),供局部通風(fēng)機(jī)電源開關(guān);5-移動(dòng)變電站低壓側(cè),JJ30檢漏繼電器;6-移動(dòng)變電站低壓側(cè)綜合保護(hù)器;7-移動(dòng)變電站低壓側(cè)延時(shí)繼電器KT1,延時(shí)0～600 s;8-移動(dòng)變電站低壓側(cè)延時(shí)繼電器KT2,延時(shí)0～600 s;9-通風(fēng)機(jī)專用電源電纜;10-掘進(jìn)工作面專用動(dòng)力電纜;11-局部通風(fēng)機(jī);12-工作面瓦斯檢測(cè)傳感器（T3）;13-回風(fēng)流瓦斯檢測(cè)傳感器（T2）;14-局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)瓦斯檢測(cè)傳感器（T1）;15-瓦斯檢測(cè)儀（SCH4）;16-專用高壓電纜;17-專用高壓開關(guān);18-信號(hào)喇叭;19-JJ30檢漏繼電器輔助接地極;20-遠(yuǎn)方操作電源

5）按下移動(dòng)變電站低壓側(cè)局部通風(fēng)機(jī)接觸器啟動(dòng)按鈕ST→接觸器1K

吸合→

時(shí)間繼電器KT2延時(shí)可調(diào)范圍為0～600 s,即掘進(jìn)工作面供電時(shí)間視通風(fēng)機(jī)風(fēng)筒長(zhǎng)度而確定,也就是說(shuō),局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后,向綜掘工作面送動(dòng)力電源的滯后時(shí)間由KT2決定。局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后,便可向掘進(jìn)工作面供電。

2.2 向掘進(jìn)工作面供電

由圖4中控制回路邏輯關(guān)系可知,向綜掘工作面供電的低壓開關(guān)2K合閘的條件為：

1）首先局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)送風(fēng),即1K回路接通。其輔助接點(diǎn)1K閉合,時(shí)間繼電器KT2延時(shí)吸合,其接點(diǎn)延時(shí)閉合;

2）工作面和工作面回風(fēng)流中瓦斯不超限,即瓦斯檢測(cè)傳感器T2和T3的常閉接點(diǎn)閉合;

3）給掘進(jìn)工作面供電的動(dòng)力電纜未發(fā)生漏電, JJKB30檢漏繼電器常開接點(diǎn)閉合;

4）電機(jī)綜合保護(hù)器ABD正常運(yùn)行,其常開接點(diǎn)閉合;

5）按下移動(dòng)變電站低壓側(cè)向掘進(jìn)工作面供電的啟動(dòng)按鈕ST→接觸器2K吸合→

主觸頭閉合,向掘進(jìn)工作面供電輔助接點(diǎn)2K閉合,自保

2.3 風(fēng)-電閉鎖

如果按下風(fēng)機(jī)停止按鈕STP或由于故障原因風(fēng)機(jī)停止或風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)側(cè)瓦斯超限T1打開時(shí),風(fēng)機(jī)接觸器1K釋放,風(fēng)機(jī)停機(jī)。1K控制的時(shí)間繼電器KT2瞬時(shí)釋放,2K斷電釋放,掘進(jìn)工作面停電,即進(jìn)行風(fēng)-電閉鎖。

2.4 瓦斯-電閉鎖

如果瓦斯涌出量大時(shí),局部通風(fēng)機(jī)不能將其吹散或稀釋,則由瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)掘進(jìn)工作面的動(dòng)力電源實(shí)行閉鎖。當(dāng)掘進(jìn)工作面瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1％以上時(shí),瓦斯監(jiān)控器發(fā)出報(bào)警信號(hào);當(dāng)掘進(jìn)工作面瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5％以上時(shí),T2接點(diǎn)斷開；當(dāng)工作面回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.0％時(shí)，T3接點(diǎn)斷開,立即切斷掘進(jìn)工作面動(dòng)力電源,防止電火花或機(jī)械火花引起瓦斯爆炸。但局部通風(fēng)機(jī)控制回路中常閉接點(diǎn)T2，T3打開,由自保回路旁路,風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)甲烷（CH4）傳感器T1監(jiān)測(cè)的甲烷（CH4）濃度大于0.5％,T1接點(diǎn)斷開,風(fēng)機(jī)接觸器1K釋放,風(fēng)機(jī)停機(jī),并使整個(gè)掘進(jìn)工作面全部停電,由主通風(fēng)系統(tǒng)吹散或稀釋超限的甲烷（CH4）濃度,待入風(fēng)側(cè)甲烷（CH4）濃度低于0.5％時(shí),才能重新啟動(dòng)局部通風(fēng)機(jī),恢復(fù)正常生產(chǎn),完成瓦斯-電閉鎖控制。

3 對(duì)煤礦實(shí)際用三專兩閉鎖電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造

煤礦實(shí)際用三專兩閉鎖由于采用繼電器控制,元器件數(shù)量多,接線量大,故障率高,系統(tǒng)工作安全系數(shù)較低,使煤礦掘進(jìn)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定,為了提高掘進(jìn)工作面三專兩閉鎖電氣控制系統(tǒng)的可靠性、安全性,確保掘進(jìn)系統(tǒng)工作安全,提出用PLC對(duì)目前實(shí)際用三專兩閉鎖控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3.1 PLC控制過(guò)程

掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)甲烷傳感器T1監(jiān)測(cè)的甲烷濃度不大于0.5％,X5吸合,T0延時(shí)0～60 s吸合,局部通風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)絕緣正常則1JJKB30常開接點(diǎn)閉合;X10吸合,局部通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)無(wú)故障則綜保ABD1常開接點(diǎn)閉合；X12吸合,按局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕ST1,X1吸合,Y1吸合,1K吸合,局部通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)得電啟動(dòng)運(yùn)行。Y1自保啟動(dòng)按鈕ST1及X1,同時(shí),Y1使T2延時(shí)0～600 s吸合,為掘進(jìn)機(jī)啟動(dòng)作準(zhǔn)備。待掘進(jìn)工作面風(fēng)流形成（根據(jù)實(shí)際情況決定延時(shí)時(shí)間）,若掘進(jìn)工作面回風(fēng)側(cè)甲烷傳感器T2監(jiān)測(cè)的甲烷濃度不大于1.0％,X6吸合；掘進(jìn)工作面甲烷傳感器T3監(jiān)測(cè)的甲烷濃度不大于1.5％,X7吸合；掘進(jìn)機(jī)供電系統(tǒng)絕緣正常則2JJKB30常開接點(diǎn)閉合;X11吸合,掘進(jìn)機(jī)電動(dòng)機(jī)無(wú)故障則綜保ABD2常開接點(diǎn)閉合；X13吸合,按掘進(jìn)機(jī)啟動(dòng)按鈕ST2, X3吸合,Y2吸合,2K吸合,掘進(jìn)機(jī)電動(dòng)機(jī)得電啟動(dòng)運(yùn)行。停止掘進(jìn)機(jī)時(shí),按壓STP2,則X4斷開,Y2釋放,2K釋放,掘進(jìn)機(jī)電動(dòng)機(jī)失電停止運(yùn)行。停止局部通風(fēng)機(jī)時(shí),按壓STP1,則X2斷開,Y1釋放,1K釋放,局部通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)失電停止運(yùn)行。

如果按下風(fēng)機(jī)停止按鈕STP1或由于故障原因風(fēng)機(jī)停止或風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)側(cè)瓦斯超限T1打開時(shí),PLC輸出繼電器Y1釋放,風(fēng)機(jī)接觸器1K釋放,風(fēng)機(jī)停機(jī)。Y1釋放,Y2失電釋放,掘進(jìn)機(jī)接觸器2K斷電釋放,掘進(jìn)工作面停電,即進(jìn)行風(fēng)-電閉鎖。

3.2 瓦斯-電閉鎖

如果掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量大時(shí),局部通風(fēng)機(jī)不能將其吹散或稀釋,則對(duì)掘進(jìn)工作面的動(dòng)力電源實(shí)行閉鎖。當(dāng)掘進(jìn)工作面回風(fēng)側(cè)甲烷傳感器T2監(jiān)測(cè)的甲烷濃度大于1.0％,當(dāng)掘進(jìn)工作面甲烷傳感器T3監(jiān)測(cè)的甲烷濃度大于1.5％,T2，T3接點(diǎn)斷開,PLC輸入繼電器X6,X7接點(diǎn)斷開,Y2失電釋放,掘進(jìn)機(jī)接觸器2K斷電釋放,掘進(jìn)機(jī)斷電停止工作。但局部通風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行,確保局部通風(fēng)機(jī)繼續(xù)工作吹散或稀釋超限的甲烷濃度,保證安全生產(chǎn)。

當(dāng)掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)甲烷傳感器T1監(jiān)測(cè)的甲烷濃度大于0.5％,PLC輸入繼電器X5接點(diǎn)斷開, Y1失電釋放,局部通風(fēng)機(jī)接觸器1K斷電釋放,局部通風(fēng)機(jī)斷電停止工作,同時(shí),由于Y1失電釋放, Y2也失電釋放,掘進(jìn)機(jī)接觸器2K斷電釋放,掘進(jìn)機(jī)斷電停止工作,整個(gè)掘進(jìn)工作面全部停電,由主通風(fēng)系統(tǒng)吹散或稀釋超限的甲烷濃度,待入風(fēng)側(cè)甲烷濃度低于0.5％時(shí),才能重新啟動(dòng)局部通風(fēng)機(jī),恢復(fù)正常生產(chǎn),完成瓦斯-電閉鎖控制。

4 結(jié)論

用PLC對(duì)目前煤礦三專兩閉鎖控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，可以減少控制器件，減少維護(hù)工作量，降低故障率，提高掘進(jìn)工作面三專兩閉鎖電氣控制系統(tǒng)的可靠性和安全性，確保掘進(jìn)工作面的安全生產(chǎn)。

圖5 PLC接線圖及梯形圖

[1國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2010.

[2]顧永輝.煤礦電工手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2009.

[3]王兆義.可編程控制器教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

〔責(zé)任編輯 石白云〕

The Reform of＂Three Special－purpose Devices and Two Lockups＂Electronic Control System at the Tunnelling Face in Coal Mines

GUOGang（School of Coal Engineering,ShanxiDatong University,Datong Shanxi,037003）

At the tunnelling face of coalmines,＂Three Special－purpose Devices and Two Lockups＂is an importantmeasure to prevent gas accident from happening，which involves power supply,ventilation and supervision.Recently,relay protection is applied in the＂Three Special－purpose Devices and Two Lockups＂Electronic Control System.Since the number of components of relay control system is big，the fault rate is high and the reliability of the system is low,this paper suggests that the relay control system be reformed by PLC in order to raise the reliability of the system and ensure the safe production of coalmines.

coalmines；tunnelling face；Three Special－purpose Devices and Two Lockups；reform of electromic control

TD68

A

2012－10－20

郭剛（1965－），男，山西 大同 人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：煤礦電氣工程。

1674-0874（2013）01-0074-03