主斜井盤閘制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化改造及應(yīng)用

李學(xué)鋒（山西陽城陽泰集團(tuán)竹林山煤業(yè)有限公司，山西陽城048105）

0 引言

上世紀(jì)90年代，由于我國煤炭資源開采技術(shù)較為落后，多數(shù)礦井的煤炭開采主要為人力開采，且企業(yè)過于追求優(yōu)質(zhì)煤、高產(chǎn)量、高效益，導(dǎo)致我國的煤炭行業(yè)長期存在生產(chǎn)效率低，資源浪費(fèi)嚴(yán)重等現(xiàn)象。現(xiàn)階段，隨著科技不斷進(jìn)步，礦井機(jī)械化程度不斷提高，國家大力提倡節(jié)能、高效發(fā)展，大力推進(jìn)礦井自動(dòng)化改造。其中，主井皮帶的自動(dòng)化作為實(shí)現(xiàn)礦井全自動(dòng)化的重要環(huán)節(jié)，具有重要地位，而盤閘制動(dòng)系統(tǒng)是主井皮帶自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分。

某礦由于原盤閘制動(dòng)系統(tǒng)在啟停過程存在較多問題，導(dǎo)致發(fā)生損壞CST設(shè)備的事故。本文以此為研究背景，對其盤閘制動(dòng)進(jìn)行了技術(shù)改造。研究結(jié)果不僅可以實(shí)現(xiàn)盤閘自動(dòng)化制動(dòng)，而且對煤礦安全快速生產(chǎn)具有重要的實(shí)際意義。

1 工程背景

某煤礦2號(hào)井的主斜井皮帶傾角為6～8°，根據(jù)規(guī)程及相關(guān)規(guī)定，在主斜井皮帶機(jī)頭滾筒處裝設(shè)了進(jìn)口的逆止器，主驅(qū)滾筒裝設(shè)制動(dòng)盤閘。CST設(shè)備為可控啟動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，為盤閘制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分。該系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)為液壓系統(tǒng)、減速箱、冷卻系統(tǒng)以及PLC控制裝置。CST設(shè)備被廣泛用于膠帶輸送機(jī)的傳動(dòng)，主要作用為實(shí)現(xiàn)重負(fù)載的平滑啟動(dòng)。CST設(shè)備如下圖1所示。CST設(shè)備的使用為通過發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，控制器根據(jù)原有設(shè)定參數(shù)計(jì)算啟動(dòng)速度曲線。當(dāng)膠帶輸送機(jī)達(dá)到滿速時(shí)，其加速時(shí)間在40～300s之間選取，同時(shí)膠帶機(jī)的運(yùn)行也可在慢動(dòng)狀態(tài)下，其速度可在20%～50%之間設(shè)定調(diào)節(jié)。當(dāng)發(fā)出停止信號(hào)時(shí)，CST設(shè)備系統(tǒng)可將制動(dòng)時(shí)間控制在30s以內(nèi)，且制動(dòng)時(shí)間可在30s內(nèi)根據(jù)所需進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖1 CST控制系統(tǒng)示意圖

根據(jù)現(xiàn)場要求，制動(dòng)盤閘必須在主電機(jī)之前打開，確保CST設(shè)備在空載情況下啟動(dòng)，而且必須在主電機(jī)關(guān)機(jī)后迅速將盤閘斷電實(shí)現(xiàn)抱閘功能。該功能原本是通過修改CST內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制的，但由于CST設(shè)備程序較難修改，需通過外接PC修改CST模塊化程序來實(shí)現(xiàn)該功能。但外接PC具有故障率高、現(xiàn)場難以修復(fù)處理的缺點(diǎn)，一旦現(xiàn)場出現(xiàn)問題，極易造成井下長時(shí)間無法生產(chǎn)或?qū)е翪ST設(shè)備的損壞。該礦曾出現(xiàn)盤閘電機(jī)無法打開而損壞CST設(shè)備的事故，發(fā)生事故時(shí)需要調(diào)集專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行修理，耗費(fèi)實(shí)際較長，極大影響著煤炭生產(chǎn)。因此，急需對其盤閘制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)?，F(xiàn)該礦引進(jìn)KTC101通訊控制系統(tǒng)，該程序可以將盤閘系統(tǒng)的控制代碼編入啟動(dòng)程序中，從而實(shí)現(xiàn)盤閘自動(dòng)化制動(dòng)功能。如圖2為盤閘及盤閘電機(jī)。

圖2 盤閘及盤閘電機(jī)

2 KTC101通訊控制系統(tǒng)介紹及盤閘控制系統(tǒng)并入KTC101通訊系統(tǒng)的方案

KTC101是集保護(hù)和控制為一體的通訊系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由天津某電子公司自主研發(fā)的。該電子公司考慮并結(jié)合TK100工作面皮帶系統(tǒng)將通訊與控制集合為一體的優(yōu)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)的KTC101通訊系統(tǒng)。該系統(tǒng)功能強(qiáng)大，可以保護(hù)工作面、順槽及大巷皮帶，遠(yuǎn)程控制，通訊及顯示運(yùn)行情況，以及故障提醒和故障檢測等功能，從設(shè)備的開啟及關(guān)閉，到設(shè)備運(yùn)行參數(shù)顯示、煤倉煤位和皮帶運(yùn)行速度監(jiān)測，以及設(shè)備故障自動(dòng)檢測，工作人員遠(yuǎn)程操控等都可通過KTC101系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。目前該系統(tǒng)在該礦2號(hào)井工作面及皮帶系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，且應(yīng)用效果顯著，下圖3為KTC101系統(tǒng)在皮帶系統(tǒng)中的應(yīng)用界面。同時(shí)，該系統(tǒng)也為主斜井盤閘控制系統(tǒng)的改造提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

該礦井技術(shù)人員及相關(guān)專家，通過對盤閘控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件及硬件的改造，已成功將CST內(nèi)部控制器由PLC改造為KTC101通訊控制系統(tǒng)。改造優(yōu)化的具體方案為：

1）硬件優(yōu)化改造。本次硬件改造首先通過可編程控制器PLC內(nèi)部的接口箱，將盤閘電機(jī)中的控制線和反饋線甩掉，這樣的做法不僅可以忽略由于更改內(nèi)部PLC程序影響到整個(gè)盤閘系統(tǒng)，而且可以不影響到整個(gè)CST系統(tǒng)的操控。然后，將甩出的控制線和反饋線，與KTC通訊控制系統(tǒng)的I/O接口相對接，采用軟件編程的方式實(shí)現(xiàn)盤閘系統(tǒng)的啟動(dòng)及制動(dòng)功能。如下圖4所示，為改造前盤閘系統(tǒng)CST控制系統(tǒng)內(nèi)部接口箱各硬件連接情況。

圖3 KTC101系統(tǒng)在皮帶系統(tǒng)中的應(yīng)用界面

圖4 改造前盤閘系統(tǒng)CST控制系統(tǒng)內(nèi)部接口箱各硬件連接情況

2）軟件編程。KTC101通訊控制系統(tǒng)引入盤閘電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化控制的具體程序設(shè)置方法如下：

首先，通過按鍵#+A，可進(jìn)入系統(tǒng)后臺(tái)，通過設(shè)置進(jìn)行參數(shù)選取。根據(jù)本次研究對象，選擇主斜井電動(dòng)機(jī)為控制對象，將盤閘電機(jī)和I/O接口處的控制點(diǎn)設(shè)置為一號(hào)電機(jī)的輸出點(diǎn)，其他輸出點(diǎn)向后順延。這樣的改造，可以實(shí)現(xiàn)在主斜井電機(jī)開機(jī)前首先啟動(dòng)油泵的功能，設(shè)備啟動(dòng)的時(shí)間可以根據(jù)現(xiàn)場時(shí)間需求進(jìn)行設(shè)置調(diào)整。同時(shí)，將電極前級、后級聯(lián)鎖設(shè)置為有效，可以保障取有效性。

其次，通過將主斜井電機(jī)的反饋點(diǎn)設(shè)置為盤閘油泵電機(jī)與I/O接口處的控制點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)主斜井電機(jī)沒有接收到反饋信號(hào)，也能在盤閘電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，立即停車的功能。該設(shè)置，不僅有效的防止了盤閘發(fā)生故障導(dǎo)致主斜井電機(jī)損壞的情況，而且在電機(jī)停機(jī)的時(shí)間里，可以根據(jù)現(xiàn)場情況，隨時(shí)調(diào)整盤閘運(yùn)行時(shí)間。

3 改造后盤閘制動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

該礦井主斜井盤閘系統(tǒng)在未進(jìn)行改造前，由于盤閘電機(jī)的程序控制存在問題，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致皮帶的CST系統(tǒng)發(fā)生故障。當(dāng)CST系統(tǒng)發(fā)生故障后，必須安排專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試時(shí)間較長，極大的影響著井下煤礦開采效率。周邊煤礦也曾多次發(fā)生該系統(tǒng)故障，但由于專業(yè)技術(shù)知識(shí)的缺乏，一直無法得到解決。

通過本次研究及引入KTC101通訊控制系統(tǒng)，對原盤閘制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造后，在該礦主斜井盤閘系統(tǒng)中的應(yīng)用效果顯著。一方面，提高了控制系統(tǒng)的控制性能和快速維護(hù)性能，井下工作人員可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求隨時(shí)進(jìn)行簡單的技術(shù)參數(shù)設(shè)置，使現(xiàn)場操控更加簡單化。另一方面，可以有效防止原盤閘制動(dòng)系統(tǒng)在啟停過程中存在的問題，不僅可以實(shí)現(xiàn)盤閘制動(dòng)系統(tǒng)的高效利用，而且可以解決原有系統(tǒng)問題導(dǎo)致的電機(jī)CST系統(tǒng)損壞問題。該礦對2號(hào)井主斜井盤閘制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化改造以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，應(yīng)用效果顯著。

4 結(jié) 論

本文以某礦井主斜井原盤閘制動(dòng)系統(tǒng)在啟停過程中易導(dǎo)致皮帶CST系統(tǒng)的損壞為研究背景，對主斜井盤閘制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，通過引入KTC101通訊控制系統(tǒng)，將系統(tǒng)的CST內(nèi)部控制器由PLC改造為KTC101通訊控制系統(tǒng)，并對盤閘控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件及硬件的改造。系統(tǒng)優(yōu)化改造后，不僅提高了控制系統(tǒng)的控制性能和快速維護(hù)性能，而且有效防止了原盤閘制動(dòng)系統(tǒng)在啟停過程中存在的問題，應(yīng)用效果顯著。