礦井地面生產(chǎn)系統(tǒng)的配電及控制設(shè)計

石　超

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院，山西　太原　030002）

1　礦中地面生產(chǎn)系統(tǒng)主要設(shè)備

礦井地面生產(chǎn)系統(tǒng)是將離開井口房的原煤經(jīng)過輸送、篩分、卸料、裝車等環(huán)節(jié)的加工過程，主要包含設(shè)備有帶式輸送機及其制動器、圓振動篩、手選帶式輸送機、電動液壓犁式卸料器、裝車倉全自動定量裝車系統(tǒng)及裝車倉風機等。

2　電源電纜的選擇分析

根據(jù)《煤炭工業(yè)小型礦井設(shè)計規(guī)范》GB 50399—200規(guī)定，地面生產(chǎn)系統(tǒng)屬于二級負荷，應(yīng)有兩回電源供電，兩回電源分別引自不同的變電所，分列運行，當其中一條線路發(fā)生故障，另一路電源可及時投入并負擔起全線路負荷的正常工作。另外需要計算電源電纜的壓降，根據(jù)統(tǒng)計生產(chǎn)系統(tǒng)的負荷及與電源之間的距離，通過研究380 V鎧裝電纜單位負荷距時電壓損失百分數(shù)系數(shù)參考表得出壓降數(shù)值。根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50052—95規(guī)定要求，用電設(shè)備端子處，電壓偏差允許值±5%。若計算數(shù)值大于5，應(yīng)增大所選電纜截面[1]。

3　供配電系統(tǒng)及電氣設(shè)備選型

大中型礦井地面生產(chǎn)系統(tǒng)一般電壓等級為380V，本文選取GGD系列交流低壓配電柜為例。開關(guān)柜柜內(nèi)分為水平母線隔室、功能單元室、垂直母線室和電纜室，各功能室嚴格分開，作用相對獨立。開關(guān)柜防護等級為IP40。開關(guān)柜框架及四周門板做噴塑處理，內(nèi)層隔板在做鍍鋅鈍化處理后再做特殊的防腐工藝處理。低壓開關(guān)柜由以下主要設(shè)備（部件）構(gòu)成：主母線、斷路器、電流互感器、交流接觸器、熱繼電器等。380 V進線柜要求裝設(shè)PD211-1M4S9多功能電度表及PZ211-1U4D9電壓表，并要求配備網(wǎng)絡(luò)通訊接口，可以實時向地面生產(chǎn)系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)上傳電量信號。低壓饋出回路裝設(shè)

PA211-1I1XA電流表。以上表計均選用數(shù)顯表，由低

壓開關(guān)柜廠家負責配套提供。

4　照明系統(tǒng)設(shè)備的選擇

因地面生產(chǎn)系統(tǒng)的工作特性決定，其屬于粉塵多、易燃易爆場所，所以在選擇燈具上應(yīng)該考慮選擇帶有煤炭安全標志的本安型防水防塵及防爆燈具，可在易燃易爆場所安全使用。在光源的選擇上，淘汰了光效低的白熾燈，可以選擇MH氣體放電燈、電磁感應(yīng)燈以及無極燈等高光效、長壽命的光源。燈具的開關(guān)及導(dǎo)線應(yīng)選擇防爆開關(guān)及阻燃導(dǎo)線。

5　防雷與接地的設(shè)計

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》，篩分間為二類防雷建筑物，凡高度在15m以上的建筑物設(shè)避雷帶保護，其沖擊接地電阻不大于10Ω[2]。利用帶式輸送機棧橋的金屬屋頂和金屬架構(gòu)作為防雷裝置，用鍍鋅扁鋼將其可靠連接，形成良好的電氣通道，棧橋兩端用鍍鋅圓鋼分別于篩分間及塊煤倉防雷裝置可靠連接，并設(shè)防雷引下線。

6　集中控制系統(tǒng)的設(shè)計

地面生產(chǎn)系統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）來完成，并能和礦調(diào)度室聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。集中控制系統(tǒng)的主要軟硬件設(shè)備包括：后臺監(jiān)控機、PLC機柜、PLC輸入輸出模塊、后臺監(jiān)控機組態(tài)軟件及編程軟件等。

集中控制系統(tǒng)的硬件配置如下頁圖1所示，要求采用集散控制方式。根據(jù)地面生產(chǎn)系統(tǒng)控制設(shè)備整體分散相對集中的特點，在就近車間設(shè)生產(chǎn)系統(tǒng)控制室，并設(shè)有PLC監(jiān)控分站。

集中控制系統(tǒng)設(shè)置3臺工控機，其中兩臺工控機作為互為熱備用的后臺監(jiān)控機，一臺工控機負責報警及打印數(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，負責對控制程序進行在線修改、系統(tǒng)維護。調(diào)度網(wǎng)關(guān)、PLC控制主機安裝在PLC網(wǎng)絡(luò)機柜內(nèi)，PLC網(wǎng)絡(luò)機柜、PLC監(jiān)控分站、PLC控制主機、后臺監(jiān)控機之間通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通訊，通訊軟件由自動化公司配套提供。PLC網(wǎng)絡(luò)機柜、后臺監(jiān)控機和打印機安裝在生產(chǎn)系統(tǒng)控制室內(nèi)。

圖1　集控系統(tǒng)硬件配置圖

生產(chǎn)系統(tǒng)控制室的PLC監(jiān)控分站所采集的信號主要包括：主斜井帶式輸送機的運行信號；轉(zhuǎn)載站至篩分間帶式輸送機及其制動裝置、篩分間手選帶式輸送機、混煤帶式輸送機、篩分間至裝車倉帶式輸送機及其制動裝置的運行參數(shù)和狀態(tài)；裝車倉、矸石倉的煤（料）位參數(shù)；裝車倉下、矸石倉下各電液閘門位置信號及其液壓站的運行參數(shù)和狀態(tài)；裝車倉上電動液壓犁式卸料器的位置信號；裝車倉上風機的運行狀態(tài)。

PLC監(jiān)控分站的輸入模塊負責采集所有參與集中控制的工藝設(shè)備運行參數(shù)和狀態(tài)，并通過網(wǎng)絡(luò)將以上信號傳送至PLC網(wǎng)絡(luò)機柜內(nèi)的控制主機和控制室的后臺監(jiān)控機。控制主機接收信號并對所有信號進行實時分析處理，將分析處理后的輸出信號及調(diào)度監(jiān)控人員在后臺監(jiān)控機上發(fā)出的操作命令通過網(wǎng)絡(luò)傳送至PLC機柜的輸出模塊，由輸出模塊執(zhí)行操作。

7　各設(shè)備控制要求及保護、檢測裝置配置

各設(shè)備要求將斷路器動作信號、接觸器運行信號、熱繼電器動作信號接入集中控制系統(tǒng)；所有設(shè)備均在現(xiàn)場設(shè)就地控制按鈕（起動、停止按鈕各一個，停止按鈕采用非自復(fù)式），所有按鈕信號接入集中控制系統(tǒng)。以上信號均為開關(guān)量信號，直接接入集中控制系統(tǒng)并在后臺監(jiān)控機上顯示其狀態(tài)。所用現(xiàn)場安裝的控制按鈕盒均應(yīng)由集中控制系統(tǒng)集成廠家配套提供，要求選用礦用隔爆型設(shè)備，具有煤礦礦用產(chǎn)品安全標志。

電液閘門液壓站自帶控制箱以實現(xiàn)設(shè)備的自動控制和保護功能，控制箱要求選用礦用隔爆型設(shè)備，具有煤礦礦用產(chǎn)品安全標志。

8　膠帶機的控制、檢測、保護要求及配置

1）膠帶跑偏保護：選用二級膠帶跑偏開關(guān)，用于運輸機膠帶跑偏檢測和保護用，成對使用。當一級跑偏動作時，只報警不停車，但能召喚顯示跑偏位置；當二級跑偏動作時，報警并執(zhí)行急停命令，也能顯示出跑偏位置。配置原則：膠帶頭尾各設(shè)一對，中間每200m設(shè)一對[3]。

2）速度檢測、打滑和超速保護。選用速度檢測傳感器，檢測膠帶輸送機速度，實現(xiàn)低速打滑和超速保護。

3）沿線急停閉鎖和故障位置檢測。選用拉繩急停閉鎖開關(guān)用于膠帶輸送機沿線緊急閉鎖保護，具有故障地點識別功能，拉繩急停閉鎖開關(guān)可兼作接線盒，膠帶輸送機沿線其它保護裝置可就近接入此閉鎖開關(guān)，這樣可節(jié)省大量信號電纜?？刂婆_上能顯示故障地點，當閉鎖開關(guān)動作，控制機報警并發(fā)急停命令，并能召喚顯示出故障位置。配置原則：拉繩急停閉鎖開關(guān)膠帶頭尾各設(shè)一臺，中間每60m設(shè)一臺。

4）膠帶縱向撕裂保護。選用縱撕傳感器實現(xiàn)此功能。傳感器安裝在裝載點（給煤皮帶）的前方3～5m處，當膠帶發(fā)生縱撕故障，傳感器動作，報警并急停。

5）堆煤檢測：選用堆煤傳感器實現(xiàn)此功能。傳感器一般吊掛在膠帶機頭卸載入口處，當卸載點發(fā)生堆煤時，滯留的積煤觸及堆煤傳感器，使它發(fā)生傾斜，報警并急停。

6）煤（料）位監(jiān)測：在塊煤裝車倉、末煤裝車倉和矸石倉分別設(shè)超聲波料位計，分別用于監(jiān)測和顯示塊煤裝車倉、末煤裝車倉及矸石倉的煤（料）位信號，要求當各裝車倉高煤（料）位時倉上停止裝料，低煤（料）位停止卸料。煤（料）位信號以4～20mA模擬量信號輸入PLC模擬量輸入模塊，在上位機上可形象的顯示塊煤裝車倉、末煤裝車倉的煤位、煤量及矸石倉的料位、矸石量。

7）犁式卸料器設(shè)兩個位置開關(guān)，對應(yīng)顯示各犁式卸料器的抬起和放下位置。所用帶式輸送機沿線安裝的控制、保護設(shè)備均要求選用礦用隔爆型設(shè)備，具有煤礦礦用產(chǎn)品安全標志。

[1]劉介才.工廠供電[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]王國田.可編程控制器在地面生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤礦自動化，2009（6）：69-70.

[3]田井龍.我國煤礦地面生產(chǎn)控制系統(tǒng)存在的問題和對策[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014（10）：45-46.