淺談煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)電控設(shè)計(jì)

張俊生

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030001）

引言

煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)是指原煤離開井口房至裝車外運(yùn)之間的輸送、篩分、撿矸、儲存、裝車系列生產(chǎn)加工過程，生產(chǎn)車間一般包括篩分間、帶式輸送機(jī)棧橋、裝車倉等，主要機(jī)械設(shè)備包括帶式輸送機(jī)、振動(dòng)篩、卸料器、裝車閘門等。

煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)電控設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括系統(tǒng)所有用電設(shè)備的配電設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的集中控制設(shè)計(jì)兩部分，二者之間相互聯(lián)系、相輔相成，各有各的工作重點(diǎn)。以下就結(jié)合筆者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，簡單闡述了兩部分設(shè)計(jì)重點(diǎn)及需要注意的一些問題。

1 配電設(shè)計(jì)

配電設(shè)計(jì)部分可按照用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)、配電電壓等級的確定、配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、配電點(diǎn)的設(shè)置、配電設(shè)備的選型、電纜敷設(shè)六個(gè)步驟來完成。

1.1 用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

根據(jù)工藝專業(yè)委托資料進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，應(yīng)按照分加工車間、分區(qū)域的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并制作詳細(xì)、清晰的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表。因地面生產(chǎn)系統(tǒng)用電設(shè)備為環(huán)環(huán)相扣的生產(chǎn)線連鎖設(shè)備，除個(gè)別輔助生產(chǎn)設(shè)備（如電動(dòng)葫蘆等）為短時(shí)負(fù)荷外，絕大部分設(shè)備均同時(shí)工作，故需用系數(shù)較大，筆者經(jīng)驗(yàn)一般取0.8～0.9之間。

1.2 配電電壓等級的確定

大中型礦井地面生產(chǎn)系統(tǒng)用電設(shè)備電壓等級一般為380V，配電電壓等級可為380V或10（6）kV，參考《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》，變壓器二次側(cè)母線算起的380V或10（6）kV配電線路電壓損失允許值均為≤5%。根據(jù)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果、結(jié)合煤礦地面總平面布置圖及變電所設(shè)計(jì)，分別計(jì)算生產(chǎn)系統(tǒng)380V及10（6）kV配電線路電壓損失，380V電源配電線路滿足電壓損失時(shí)，宜選用380V電源，否則，采用10（6）kV電源引入，車間內(nèi)附設(shè)變電所配電。

1.3 配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

依據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50215－2005》，地面生產(chǎn)系統(tǒng)為二級負(fù)荷，宜由兩回線路供電，且接于不同的母線段，當(dāng)條件不允許時(shí)，另一電源可引自其他配電點(diǎn)［1］。因此生產(chǎn)系統(tǒng)的雙回380V或10（6）kV電源可引自同一變電所不同母線段或兩個(gè)不同配電點(diǎn)，兩回電源一用一熱備，任一回電源故障時(shí)，另一回電源可自動(dòng)投入。配電系統(tǒng)接線型式可為單母線或單母線分段，當(dāng)采用10（6）kV電源引入時(shí)，車間變電所應(yīng)為雙電源雙變壓器、380V側(cè)單母線（分段）型式。

1.4 配電點(diǎn)的設(shè)置

地面生產(chǎn)系統(tǒng)具有用電設(shè)備多、布置分散且個(gè)別設(shè)備功率較大的特點(diǎn)，因此配電點(diǎn)的設(shè)置是設(shè)計(jì)中值得深思熟慮的環(huán)節(jié)。

篩分間是用電設(shè)備較集中的加工車間，主要包括井口房至篩分間帶式輸送機(jī)、除鐵器、振動(dòng)篩、手選帶式輸送機(jī)等，生產(chǎn)系統(tǒng)集中配電點(diǎn)（包括車間變電所）宜設(shè)置在篩分間內(nèi)。一些大型煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)篩分工藝較復(fù)雜，設(shè)置兩個(gè)篩分間，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷分布，將集中配電點(diǎn)（包括車間變電所）設(shè)置在處于負(fù)荷中心、且靠近大功率負(fù)荷的一個(gè)篩分間內(nèi)，另一篩分間根據(jù)需求可設(shè)小的配電室，單回電源引自集中配電點(diǎn)即可。

裝車倉（塊煤倉、末煤倉、矸石倉等）是生產(chǎn)系統(tǒng)的另一重要加工車間，設(shè)備一般分倉上、倉下布置，倉上設(shè)備主要包括上倉帶式輸送機(jī)、卸料器或配倉帶式輸送機(jī)等，倉下設(shè)備主要是裝車閘門等，倉上倉下設(shè)備相互獨(dú)立，且電纜敷設(shè)不便，因此宜在倉上、倉下分設(shè)獨(dú)立掛墻式配電箱供電，倉上用電設(shè)備較多、功率較大時(shí)，可在倉上設(shè)置獨(dú)立配電室供電，倉上、倉下掛墻式配電箱（獨(dú)立配電室）單回電源均引自集中配電點(diǎn)即可。上倉帶式輸送機(jī)功率較大時(shí)，宜由集中配電室直接供電。

帶式輸送機(jī)棧橋內(nèi)一般沒有用電設(shè)備，不設(shè)配電點(diǎn)。生產(chǎn)系統(tǒng)如有轉(zhuǎn)載站，卸載站等輔助車間，視為負(fù)荷容量及距離集中配電點(diǎn)距離，確定由集中配電點(diǎn)直供或設(shè)置掛墻式配電箱供電。

配電點(diǎn)設(shè)置確定后，根據(jù)需求委托土建專業(yè)資料。

1.5 配電設(shè)備的選型

地面生產(chǎn)系統(tǒng)為原煤運(yùn)輸、加工、儲存的車間，有煤塵爆炸危險(xiǎn)，根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50215－2005》需選用防爆型電氣設(shè)備。附設(shè)在篩分間或裝車倉上與生產(chǎn)車間相對獨(dú)立、封閉的配電室內(nèi)，無須選用防爆設(shè)備，其余設(shè)置在車間內(nèi)的掛墻式配電箱均須選用防爆設(shè)備。地面生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)電纜均應(yīng)選用阻燃或防爆型。

1.6 電纜敷設(shè)

電纜敷設(shè)為地面生產(chǎn)系統(tǒng)配電設(shè)計(jì)的最后階段，按照土建專業(yè)返回的各生產(chǎn)車間建筑資料，采用室內(nèi)電纜溝、電纜橋架、電纜支架、穿管暗敷等多種敷設(shè)方式完成系統(tǒng)內(nèi)所有電纜的敷設(shè)，并制作詳細(xì)、清晰的電纜聯(lián)系表。值得一提的是，車間內(nèi)穿過樓板引上、引下的電纜截面較大、數(shù)量較多時(shí)，應(yīng)委托土建專業(yè)預(yù)留洞資料。

2 集中控制設(shè)計(jì)

集中控制設(shè)計(jì)部分可按照工藝流程剖析、控制方式的確定、控制設(shè)備選擇、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)接線、控制電纜敷設(shè)六個(gè)步驟來完成。

2.1 工藝流程剖析

根據(jù)工藝專業(yè)委托資料設(shè)計(jì)出清晰、形象的煤流系統(tǒng)圖，通過分析煤流系統(tǒng)圖確定生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝流程、流程內(nèi)參與集控的用電設(shè)備、設(shè)備之間的閉鎖關(guān)系。裝車倉下閘門等設(shè)備一般不參與集中控制。

2.2 控制方式的確定

地面生產(chǎn)系統(tǒng)一般采用集中聯(lián)鎖和就地解鎖相結(jié)合的控制方式。集中聯(lián)鎖控制方式用于系統(tǒng)的正常工作，系統(tǒng)內(nèi)參與集控設(shè)備間依據(jù)煤流方向相互閉鎖，由設(shè)置在集中控制室的控制主機(jī)（或控制臺）監(jiān)測控制系統(tǒng)的起、停及行狀況；就地解鎖控制方式用于系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的維護(hù)及檢修，系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間閉鎖關(guān)系解除，由設(shè)置在設(shè)備附近（就地）的控制箱上的控制按鈕及信號燈檢測控制設(shè)備的起、停及運(yùn)行狀況。

2.3 控制設(shè)備的選擇

大、中型礦井地面生產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程較復(fù)雜，參與集中控制設(shè)備較多，針對這些特點(diǎn)，一般采用可編程控制器（PLC）和監(jiān)控微機(jī)（PC）來完成，并能和礦井調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。集中控制系統(tǒng)的主要軟硬件設(shè)備包括：監(jiān)控微機(jī)（PC）、PLC機(jī)柜、PLC輸入輸出模塊、監(jiān)控微機(jī)（PC）組態(tài)軟件及編程軟件等。

集中控制系統(tǒng)一般設(shè)置三臺工控機(jī)，其中兩臺工控機(jī)作為監(jiān)控主機(jī)（互為熱備用），一臺工控機(jī)負(fù)責(zé)報(bào)警及打印數(shù)據(jù)。另配置一臺筆記本電腦并配備相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)適配器和通訊電纜，負(fù)責(zé)對控制程序進(jìn)行在線修改、系統(tǒng)維護(hù)。調(diào)度網(wǎng)關(guān)、PLC控制主機(jī)安裝在PLC機(jī)柜內(nèi)，PLC機(jī)柜、PLC控制主機(jī)、監(jiān)控主機(jī)之間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通訊，通訊軟件由自動(dòng)化公司配套提供。PLC機(jī)柜、監(jiān)控主機(jī)和打印機(jī)均安裝在集中控制室內(nèi)。

2.4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝流程、控制方式及控制設(shè)備設(shè)計(jì)出完善的控制原理圖，包括控制程序功能、監(jiān)控顯示功能以及故障報(bào)警功能。

控制程序功能要求實(shí)現(xiàn)集中聯(lián)鎖控制和就地解鎖控制兩種操作方式，兩種操作方式的轉(zhuǎn)換在控制系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)上完成，集中聯(lián)鎖控制方式參與集控設(shè)備起、停時(shí)相互閉鎖，系統(tǒng)的控制程序由系統(tǒng)集成商利用配套的編程軟件根據(jù)工藝設(shè)備邏輯控制要求現(xiàn)場編制。

監(jiān)控顯示功能要求監(jiān)控機(jī)上能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確、形象、動(dòng)態(tài)地顯示各工藝設(shè)備運(yùn)行、停止、故障及其它狀態(tài)信號和供電系統(tǒng)主要開關(guān)的位置信號。在各個(gè)煤倉分別設(shè)置料位計(jì)，監(jiān)控機(jī)上可形象的顯示各煤倉的煤位、煤量。

故障報(bào)警功能要求監(jiān)控機(jī)上可詳盡的顯示所有故障信號的狀態(tài)，當(dāng)故障信號動(dòng)作后可通過后臺監(jiān)控機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警信號并打印出故障回路及類型。

集中控制系統(tǒng)的程序由系統(tǒng)集成商按照控制原理圖利用配套的編程軟件編制并現(xiàn)場調(diào)試。

2.5 控制系統(tǒng)接線

集中控制系統(tǒng)的接線分為內(nèi)部接線和系統(tǒng)接線（外部接線）兩部分。內(nèi)部接線是指各電控設(shè)備為實(shí)現(xiàn)本設(shè)備控制、信號顯示等功能，在內(nèi)部元器件之間的接線，通常由相應(yīng)設(shè)備廠家根據(jù)其控制原理圖來完成；系統(tǒng)接線是指控制系統(tǒng)各設(shè)備之間為實(shí)現(xiàn)集控、監(jiān)控及報(bào)警等功能相互之間的接線，通常由系統(tǒng)集成商根據(jù)各設(shè)備廠家提供設(shè)計(jì)資料，綜合系統(tǒng)控制原理來完成。

2.6 控制電纜敷設(shè)

控制電纜敷設(shè)的方法可參照動(dòng)力電纜的敷設(shè)方法，并遵循以下原則：同一設(shè)備的動(dòng)力及控制電纜敷設(shè)方式及路徑應(yīng)盡量保持一致，同一路徑敷設(shè)的動(dòng)力、控制電纜宜敷設(shè)在不同橋架（支架）上，且動(dòng)力電纜敷設(shè)在控制電纜上方，凈距不應(yīng)小于150mm?？刂齐娎|的敷設(shè)也應(yīng)制作詳細(xì)、清晰的電纜聯(lián)系表。

3 結(jié)語

煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)電控設(shè)計(jì)是一門包含內(nèi)容較為豐富的學(xué)科，此項(xiàng)工作要求設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)對工藝生產(chǎn)流程非常清楚，在此基礎(chǔ)上結(jié)合配電及集中控制設(shè)計(jì)的能力，對整個(gè)系統(tǒng)的配電及集控功能做出完善、先進(jìn)、便于現(xiàn)場生產(chǎn)需求的優(yōu)秀設(shè)計(jì)。

［1］ 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院組編.工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊（第三版）［M］.北京：中國電力出版社出版，2005.

［2］ 中國煤炭建設(shè)協(xié)會.GB 50215－2005煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范［M］.北京：中國計(jì)劃出版社，2005.