張俊生

（煤炭工業(yè)太原設計研究院，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、帶式輸送機棧橋、裝車倉等，主要機械設備包括帶式輸送機、振動篩、卸料器、裝車閘門等。

煤礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)電控設計的內(nèi)容包括系統(tǒng)所有用電設備的配電設計和系統(tǒng)的集中控制設計兩部分，二者之間相互聯(lián)系、相輔相成，各有各的工作重點。以下就結(jié)合筆者的設計經(jīng)驗，簡單闡述了兩部分設計重點及需要注意的一些問題。

1 配電設計

配電設計部分可按照用電負荷統(tǒng)計、配電電壓等級的確定、配電系統(tǒng)設計、配電點的設置、配電設備的選型、電纜敷設六個步驟來完成。

1.1 用電負荷統(tǒng)計

根據(jù)工藝專業(yè)委托資料進行生產(chǎn)系統(tǒng)用電負荷統(tǒng)計，應按照分加工車間、分區(qū)域的方法進行統(tǒng)計，并制作詳細、清晰的負荷統(tǒng)計表。因地面生產(chǎn)系統(tǒng)用電設備為環(huán)環(huán)相扣的生產(chǎn)線連鎖設備，除個別輔助生產(chǎn)設備（如電動葫蘆等）為短時負荷外，絕大部分設備均同時工作，故需用系數(shù)較大，筆者經(jīng)驗一般取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)與民用配電設計手冊》，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)負荷統(tǒng)計結(jié)果、結(jié)合煤礦地面總平面布置圖及變電所設計，分別計算生產(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，宜選用380V電源，否則，采用10（6）kV電源引入，車間內(nèi)附設變電所配電。

1.3 配電系統(tǒng)設計

依據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范 GB 50215－2005》，地面生產(chǎn)系統(tǒng)為二級負荷，宜由兩回線路供電，且接于不同的母線段，當條件不允許時，另一電源可引自其他配電點［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不同配電點，兩回電源一用一熱備，任一回電源故障時，另一回電源可自動投入。配電系統(tǒng)接線型式可為單母線或單母線分段，當采用10（6）kV電源引入時，車間變電所應為雙電源雙變壓器、380V側(cè)單母線（分段）型式。

1.4 配電點的設置

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

篩分間是用電設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、除鐵器、振動篩、手選帶式輸送機等，生產(chǎn)系統(tǒng)集中配電點（包括車間變電所）宜設置在篩分間內(nèi)。一些大型煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)篩分工藝較復雜，設置兩個篩分間，應根據(jù)負荷分布，將集中配電點（包括車間變電所）設置在處于負荷中心、且靠近大功率負荷的一個篩分間內(nèi)，另一篩分間根據(jù)需求可設小的配電室，單回電源引自集中配電點即可。

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，設備一般分倉上、倉下布置，倉上設備主要包括上倉帶式輸送機、卸料器或配倉帶式輸送機等，倉下設備主要是裝車閘門等，倉上倉下設備相互獨立，且電纜敷設不便，因此宜在倉上、倉下分設獨立掛墻式配電箱供電，倉上用電設備較多、功率較大時，可在倉上設置獨立配電室供電，倉上、倉下掛墻式配電箱（獨立配電室）單回電源均引自集中配電點即可。上倉帶式輸送機功率較大時，宜由集中配電室直接供電。

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

配電點設置確定后，根據(jù)需求委托土建專業(yè)資料。

1.5 配電設備的選型

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

1.6 電纜敷設

電纜敷設為地面生產(chǎn)系統(tǒng)配電設計的最后階段，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方式完成系統(tǒng)內(nèi)所有電纜的敷設，并制作詳細、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，應委托土建專業(yè)預留洞資料。

2 集中控制設計

集中控制設計部分可按照工藝流程剖析、控制方式的確定、控制設備選擇、控制系統(tǒng)軟件設計、控制系統(tǒng)接線、控制電纜敷設六個步驟來完成。

2.1 工藝流程剖析

根據(jù)工藝專業(yè)委托資料設計出清晰、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)參與集控的用電設備、設備之間的閉鎖關系。裝車倉下閘門等設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)參與集控設備間依據(jù)煤流方向相互閉鎖，由設置在集中控制室的控制主機（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)設備的維護及檢修，系統(tǒng)內(nèi)各設備間閉鎖關系解除，由設置在設備附近（就地）的控制箱上的控制按鈕及信號燈檢測控制設備的起、停及運行狀況。

2.3 控制設備的選擇

大、中型礦井地面生產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程較復雜，參與集中控制設備較多，針對這些特點，一般采用可編程控制器（PLC）和監(jiān)控微機（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)的主要軟硬件設備包括：監(jiān)控微機（PC）、PLC機柜、PLC輸入輸出模塊、監(jiān)控微機（PC）組態(tài)軟件及編程軟件等。

集中控制系統(tǒng)一般設置三臺工控機，其中兩臺工控機作為監(jiān)控主機（互為熱備用），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的網(wǎng)絡適配器和通訊電纜，負責對控制程序進行在線修改、系統(tǒng)維護。調(diào)度網(wǎng)關、PLC控制主機安裝在PLC機柜內(nèi)，PLC機柜、PLC控制主機、監(jiān)控主機之間通過網(wǎng)絡實現(xiàn)通訊，通訊軟件由自動化公司配套提供。PLC機柜、監(jiān)控主機和打印機均安裝在集中控制室內(nèi)。

2.4 控制系統(tǒng)軟件設計

根據(jù)工藝流程、控制方式及控制設備設計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警功能。

控制程序功能要求實現(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)控主機上完成，集中聯(lián)鎖控制方式參與集控設備起、停時相互閉鎖，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)控機上能夠?qū)崟r、準確、形象、動態(tài)地顯示各工藝設備運行、停止、故障及其它狀態(tài)信號和供電系統(tǒng)主要開關的位置信號。在各個煤倉分別設置料位計，監(jiān)控機上可形象的顯示各煤倉的煤位、煤量。

故障報警功能要求監(jiān)控機上可詳盡的顯示所有故障信號的狀態(tài)，當故障信號動作后可通過后臺監(jiān)控機發(fā)出聲光報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備為實現(xiàn)本設備控制、信號顯示等功能，在內(nèi)部元器件之間的接線，通常由相應設備廠家根據(jù)其控制原理圖來完成；系統(tǒng)接線是指控制系統(tǒng)各設備之間為實現(xiàn)集控、監(jiān)控及報警等功能相互之間的接線，通常由系統(tǒng)集成商根據(jù)各設備廠家提供設計資料，綜合系統(tǒng)控制原理來完成。

2.6 控制電纜敷設

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

3 結(jié)語

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

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

［2］ 中國煤炭建設協(xié)會.GB 50215－2005煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范［M］.北京：中國計劃出版社，2005.