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(tǒng)，電動機與起動機的體積較大，驅(qū)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(chǎn)環(huán)境。同時，副立井操車系統(tǒng)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(yè)，這也會導致頻繁啟動操車，以致其長期處于氣動狀態(tài)，增大了故障的發(fā)生幾率。受上述各種原因的影響，煤礦副立井操車系統(tǒng)急需得到升級改進，加之當前頻繁發(fā)生煤礦事故問題，這也要求企業(yè)應在操車系統(tǒng)中應用更多的信息技術，實現(xiàn)不同學科的相互交叉，確保系統(tǒng)整體的技術水平與安全效果，真正實現(xiàn)通信技術、網(wǎng)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(tǒng)的可靠性。本文便據(jù)此進行分析。

1 系統(tǒng)技術升級目標

首先可以提高操車系統(tǒng)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(chǎn)系統(tǒng)中，操車系統(tǒng)屬于基礎機械設備，直接決定著煤礦生產(chǎn)的安全性與高效性，但在以往的操作環(huán)節(jié)中，煤礦企業(yè)并未重視自動化改進，生產(chǎn)效率較低，更無法實時監(jiān)測操車的實際運營狀態(tài)。因此，在設計副立井操車系統(tǒng)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(xiàn)量化監(jiān)控，提高系統(tǒng)的安全性與生產(chǎn)效率。其次可以提高操車系統(tǒng)的適用性，當前礦區(qū)開采期間更為重視引入副立井操車系統(tǒng)，開采環(huán)境比較復雜，以往操車系統(tǒng)體積較大且設計簡單，不能更好地適應生產(chǎn)環(huán)境。對此，在改進升級操車系統(tǒng)時應完善功能，保證環(huán)境的適應性，根據(jù)不同礦區(qū)的生產(chǎn)環(huán)境設計不同的開采模式。同時，還應量化統(tǒng)計不同礦區(qū)的實際情況，采用模塊設計思路，根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境的改變隨時調(diào)整操車的運行狀態(tài)，確保使用率，為此后的升級改進提供更多的借鑒依據(jù)。最后可以提高副立井操車系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。在整個煤礦生產(chǎn)過程中，副立井操車系統(tǒng)占據(jù)十分重要的位置，也是故障發(fā)生需要緊急搶險的重要設備。對此，煤礦企業(yè)應重點提高操車系統(tǒng)的穩(wěn)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(tǒng)籌優(yōu)化，嚴格設計每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)。在設計創(chuàng)新方面，開采人員應引入創(chuàng)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(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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(tǒng)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?shù)男盘枺笥煽刂瞥绦蜻M行簡單處理，發(fā)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(tǒng)的電磁閥通斷情況，伸縮液壓缸。同時，還行在車房內(nèi)安裝顯示電腦，WinCC構(gòu)建上位機的HMI，保證PLC與MPI的相互連接，確保動態(tài)監(jiān)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(tǒng)設置手動與檢修兩種系統(tǒng)，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(jù)程序?qū)嶋H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(tài)，以便及時發(fā)現(xiàn)故障并解決。副立井操車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 副井操車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

車房顯示計算機、車房語音報警系統(tǒng)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(tǒng)各個設備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)控操車系統(tǒng)。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(tài)的按鈕，保證工作人員實時了解操車的運行狀態(tài)。同時，工作人員將操車PLC 設備安裝于操作平臺內(nèi)部，當PlC 系統(tǒng)接受輸入信號后，PLC 系統(tǒng)會轉(zhuǎn)換信號，根據(jù)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(gòu)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(tǒng)運行中，與井上系統(tǒng)類似。

3 系統(tǒng)控制方案

副立井操車系統(tǒng)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(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。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(tǒng)控制方案時，一是確定CPU 模塊，設定操車的運行步數(shù)，一般不會超過150 步，內(nèi)存較小，可以選用CPU312。二是確定D/I 模塊，副立井輸入點數(shù)為51點，輸出為32點，運行期間應預留一定的點數(shù)使用量，因此可以選用57-300系列的16點數(shù)字量輸入模塊系統(tǒng)。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(tǒng)控制過程

推車機、搖臺、前阻車器、后阻車器以及液壓系統(tǒng)均屬于副立井操車系統(tǒng)的組成部分，在運行期間，工作人員應根據(jù)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(fā)揮閉鎖功能，工作人員可以通過操作臺按鈕實現(xiàn)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(tǒng)的重要組成因素，設計期間應保證利用PLC 實現(xiàn)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(cè)是否已經(jīng)出車完畢或出人，此時應向操車發(fā)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(tǒng)運行，提高安全性。

6 結(jié)束語

煤礦副立井操車系統(tǒng)改變了以往繼電器與集成電路控制系統(tǒng)的運行模式，采用了PLC 技術，確保了系統(tǒng)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(tǒng)運行的可靠性。同時，操車系統(tǒng)還增加了具備顯示運行狀態(tài)與語音警示的顯示板，可以進行數(shù)字顯示，準確監(jiān)測操車系統(tǒng)的運行模式。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，煤礦副立井操車系統(tǒng)可以滿足煤礦安全規(guī)程的基本要求，保證了運行的穩(wěn)定性，提高了煤礦的安全生產(chǎn)水平。