煤礦副井操車系統設計

曹旭平

（山西約翰芬雷設計工程有限公司，太原 030001）

0 引言

當前煤礦開采過程中大多使用副立井操車系統，電動機與起動機的體積較大，驅動時缺乏靈活性，甚至還會存在一定噪聲，無法更好地適應生產環境。同時，副立井操車系統由于體積較大，運輸期間存在各種問題，因此工作人員會適當減少操作作業，這也會導致頻繁啟動操車，以致其長期處于氣動狀態，增大了故障的發生幾率。受上述各種原因的影響，煤礦副立井操車系統急需得到升級改進，加之當前頻繁發生煤礦事故問題，這也要求企業應在操車系統中應用更多的信息技術，實現不同學科的相互交叉，確保系統整體的技術水平與安全效果，真正實現通信技術、網絡技術、微電子技術以及電子技術的全面融合，提高煤礦開采系統的可靠性。本文便據此進行分析。

1 系統技術升級目標

首先可以提高操車系統的自動化運行水平，機械設備最關鍵的性能指標便是自動化水平，在煤礦副立井生產系統中，操車系統屬于基礎機械設備，直接決定著煤礦生產的安全性與高效性，但在以往的操作環節中，煤礦企業并未重視自動化改進，生產效率較低，更無法實時監測操車的實際運營狀態。因此，在設計副立井操車系統時應保證運行自動化，融合先進的設計理念與技術方法，切實保證操車的自動運行，實現量化監控，提高系統的安全性與生產效率。其次可以提高操車系統的適用性，當前礦區開采期間更為重視引入副立井操車系統，開采環境比較復雜，以往操車系統體積較大且設計簡單，不能更好地適應生產環境。對此，在改進升級操車系統時應完善功能，保證環境的適應性，根據不同礦區的生產環境設計不同的開采模式。同時，還應量化統計不同礦區的實際情況，采用模塊設計思路，根據生產環境的改變隨時調整操車的運行狀態，確保使用率，為此后的升級改進提供更多的借鑒依據。最后可以提高副立井操車系統的穩定性與可靠性。在整個煤礦生產過程中，副立井操車系統占據十分重要的位置，也是故障發生需要緊急搶險的重要設備。對此，煤礦企業應重點提高操車系統的穩定性，而非簡單的提高某個部件的可靠性，做到在整體上進行統籌優化，嚴格設計每個生產環節。在設計創新方面，開采人員應引入創新思維，在滿足可靠性與安全性的前提下進行量化分析，融合通信技術與電子技術，切實提高系統的穩定性。

2 系統結構

井上部分、井下部分以及車房部分均屬于副立井操車控制系統的組成要素，在井上與井下的操作臺中，工作人員設計了安全門開關按鈕、前后阻車器的起落按鈕以及推車機的倒車與推車按鈕等。工作人員在按下按鈕后，PLC 便可以接收通過電纜傳輸的信號，之后由控制程序進行簡單處理，發出控制信號。為了帶動操車設備安全運行，控制信號控制液壓系統的電磁閥通斷情況，伸縮液壓缸。同時，還行在車房內安裝顯示電腦，WinCC構建上位機的HMI，保證PLC與MPI的相互連接，確保動態監測副立井操車設備的實際運行情況。在工作模式方面，操車系統設置手動與檢修兩種系統，其中在采用手動方式時，工作人員打開操車的設備按鈕，以后根據程序實際情況判斷程序的閉鎖情況，保證啟動動作的完成。檢修模式更多集中處理故障問題，工作人員主要通過操作臺獨立操作操車設備，確定設備的運行狀態，以便及時發現故障并解決。副立井操車系統結構如圖1所示。

圖1 副井操車控制系統結構

車房顯示計算機、車房語音報警系統以及礦用電話都屬于車房的組成部分，在顯示屏中，工作人員可以直觀了解操車系統各個設備的運行狀態，實時監控操車系統。井口操作臺、礦用電話、井口語音報警箱、位置傳感器以及操車電磁閥等均屬于井上的組成部分，其中井口操作臺面板安裝各種可以控制操車運行狀態的按鈕，保證工作人員實時了解操車的運行狀態。同時，工作人員將操車PLC 設備安裝于操作平臺內部，當PlC 系統接受輸入信號后，PLC 系統會轉換信號，根據設定的閉鎖關系處理，之后為電磁閥輸入控制信號，利用特殊的機構操作操車。期間必須符合閉鎖關系，以保證程序有效輸出控制信號，電磁閥正常運行。井下系統運行中，與井上系統類似。

3 系統控制方案

副立井操車系統應在井口與井底安裝PLC 設備，通過接受操車的運行控制信號保證系統的正常運轉。其中井口操車接收位置與車房信號，控制設備運行，而井底操車接受設備的位置信號，保證井底設備的正常運行。在設計系統控制方案時，一是確定CPU 模塊，設定操車的運行步數，一般不會超過150 步，內存較小，可以選用CPU312。二是確定D/I 模塊，副立井輸入點數為51點，輸出為32點，運行期間應預留一定的點數使用量，因此可以選用57-300系列的16點數字量輸入模塊系統。井口與井下同樣使用2塊SM321，保證足夠預留量。三是電源模塊，電源應使用120/230 V的交流電，利用背板總線為D/I模塊與CPU模塊輸出額定電壓，保證煤礦具備220 V的交流電，滿足電源的使用要求。

4 系統控制過程

推車機、搖臺、前阻車器、后阻車器以及液壓系統均屬于副立井操車系統的組成部分，在運行期間，工作人員應根據既定順序進行控制，保證設備正常運行，包括手動控制與檢修兩種模式。

4.1 手動控制

在手動控制模式下，工作人員應利用操作臺按鈕控制操車動作，嚴格按照程序進行操作。同時還應設定程序閉鎖功能，避免按錯按鈕。在罐籠到位后，搖臺落下，之后返回推車機，升起前阻車器與搖臺，安全門關閉后開車，運行罐籠，具體操作流程如圖2所示。

圖2 手動方式操車流程

4.2 檢修控制

工作人員檢修期間應嚴格檢查罐籠位置的準確性，保證前阻車器、后阻車器以及安全門等設備的獨立安全運行。在檢修模式下，操車無法發揮閉鎖功能，工作人員可以通過操作臺按鈕實現設備返回，在操作臺畫面顯示設備運行的指示信號，觀察設備是否正常運行。

5 操車閉鎖關系

電氣控制、液壓部分以及機械部分均屬于副立井操車系統的重要組成因素，設計期間應保證利用PLC 實現設備的閉鎖關系。

一是井口前阻車器、后阻車器以及安全門的閉鎖關系，在手動啟動模式下，應在落下后阻車器時保證前阻車器升起。且在落下前阻車器時，也應升起后阻車器，打開安全門。二是井口安全門與北門打點閉鎖關系，打點室看不到出車側是否已經出車完畢或出人，此時應向操車發送信號，在得到通知后才可以關閉井口安全門。三是井口安全門開啟與罐籠到位的閉鎖關系，當罐籠未到位便打開安全門，也無法順利進出罐籠，為工作人員帶來了安全隱患。對此應設置井口安全門與罐籠到位的閉鎖關系，確保系統運行，提高安全性。

6 結束語

煤礦副立井操車系統改變了以往繼電器與集成電路控制系統的運行模式，采用了PLC 技術，確保了系統維護的簡易性，可以更好地處理操車設備運行中的各種故障，保證綜合控制操車設備，提高了系統運行的可靠性。同時，操車系統還增加了具備顯示運行狀態與語音警示的顯示板，可以進行數字顯示，準確監測操車系統的運行模式。經過現場調試，煤礦副立井操車系統可以滿足煤礦安全規程的基本要求，保證了運行的穩定性，提高了煤礦的安全生產水平。