曹旭平

（山西約翰芬雷設(shè)計(jì)工程有限公司，太原 030001）

0 引言

當(dāng)前煤礦開(kāi)采過(guò)程中大多使用副立井操車(chē)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)與起動(dòng)機(jī)的體積較大，驅(qū)動(dòng)時(shí)缺乏靈活性，甚至還會(huì)存在一定噪聲，無(wú)法更好地適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境。同時(shí)，副立井操車(chē)系統(tǒng)由于體積較大，運(yùn)輸期間存在各種問(wèn)題，因此工作人員會(huì)適當(dāng)減少操作作業(yè)，這也會(huì)導(dǎo)致頻繁啟動(dòng)操車(chē)，以致其長(zhǎng)期處于氣動(dòng)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(chē)系統(tǒng)急需得到升級(jí)改進(jìn)，加之當(dāng)前頻繁發(fā)生煤礦事故問(wèn)題，這也要求企業(yè)應(yīng)在操車(chē)系統(tǒng)中應(yīng)用更多的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科的相互交叉，確保系統(tǒng)整體的技術(shù)水平與安全效果，真正實(shí)現(xiàn)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子技術(shù)以及電子技術(shù)的全面融合，提高煤礦開(kāi)采系統(tǒng)的可靠性。本文便據(jù)此進(jìn)行分析。

1 系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)目標(biāo)

首先可以提高操車(chē)系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行水平，機(jī)械設(shè)備最關(guān)鍵的性能指標(biāo)便是自動(dòng)化水平，在煤礦副立井生產(chǎn)系統(tǒng)中，操車(chē)系統(tǒng)屬于基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)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(dòng)化改進(jìn)，生產(chǎn)效率較低，更無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)操車(chē)的實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。因此，在設(shè)計(jì)副立井操車(chē)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)保證運(yùn)行自動(dòng)化，融合先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念與技術(shù)方法，切實(shí)保證操車(chē)的自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)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(chē)系統(tǒng)的適用性，當(dāng)前礦區(qū)開(kāi)采期間更為重視引入副立井操車(chē)系統(tǒng)，開(kāi)采環(huán)境比較復(fù)雜，以往操車(chē)系統(tǒng)體積較大且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，不能更好地適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境。對(duì)此，在改進(jìn)升級(jí)操車(chē)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)完善功能，保證環(huán)境的適應(yīng)性，根據(jù)不同礦區(qū)的生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)不同的開(kāi)采模式。同時(shí)，還應(yīng)量化統(tǒng)計(jì)不同礦區(qū)的實(shí)際情況，采用模塊設(shè)計(jì)思路，根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境的改變隨時(shí)調(diào)整操車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)，確保使用率，為此后的升級(jí)改進(jìn)提供更多的借鑒依據(jù)。最后可以提高副立井操車(chē)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。在整個(gè)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，副立井操車(chē)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(xiǎn)的重要設(shè)備。對(duì)此，煤礦企業(yè)應(yīng)重點(diǎn)提高操車(chē)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而非簡(jiǎn)單的提高某個(gè)部件的可靠性，做到在整體上進(jìn)行統(tǒng)籌優(yōu)化，嚴(yán)格設(shè)計(jì)每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)創(chuàng)新方面，開(kāi)采人員應(yīng)引入創(chuàng)新思維，在滿(mǎn)足可靠性與安全性的前提下進(jìn)行量化分析，融合通信技術(shù)與電子技術(shù)，切實(shí)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(chē)房部分均屬于副立井操車(chē)控制系統(tǒng)的組成要素，在井上與井下的操作臺(tái)中，工作人員設(shè)計(jì)了安全門(mén)開(kāi)關(guān)按鈕、前后阻車(chē)器的起落按鈕以及推車(chē)機(jī)的倒車(chē)與推車(chē)按鈕等。工作人員在按下按鈕后，PLC 便可以接收通過(guò)電纜傳輸?shù)男盘?hào)，之后由控制程序進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，發(fā)出控制信號(hào)。為了帶動(dòng)操車(chē)設(shè)備安全運(yùn)行，控制信號(hào)控制液壓系統(tǒng)的電磁閥通斷情況，伸縮液壓缸。同時(shí)，還行在車(chē)房?jī)?nèi)安裝顯示電腦，WinCC構(gòu)建上位機(jī)的HMI，保證PLC與MPI的相互連接，確保動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)副立井操車(chē)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況。在工作模式方面，操車(chē)系統(tǒng)設(shè)置手動(dòng)與檢修兩種系統(tǒng)，其中在采用手動(dòng)方式時(shí)，工作人員打開(kāi)操車(chē)的設(shè)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(dòng)動(dòng)作的完成。檢修模式更多集中處理故障問(wèn)題，工作人員主要通過(guò)操作臺(tái)獨(dú)立操作操車(chē)設(shè)備，確定設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并解決。副立井操車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 副井操車(chē)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

車(chē)房顯示計(jì)算機(jī)、車(chē)房語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)以及礦用電話(huà)都屬于車(chē)房的組成部分，在顯示屏中，工作人員可以直觀了解操車(chē)系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控操車(chē)系統(tǒng)。井口操作臺(tái)、礦用電話(huà)、井口語(yǔ)音報(bào)警箱、位置傳感器以及操車(chē)電磁閥等均屬于井上的組成部分，其中井口操作臺(tái)面板安裝各種可以控制操車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的按鈕，保證工作人員實(shí)時(shí)了解操車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，工作人員將操車(chē)PLC 設(shè)備安裝于操作平臺(tái)內(nèi)部，當(dāng)PlC 系統(tǒng)接受輸入信號(hào)后，PLC 系統(tǒng)會(huì)轉(zhuǎn)換信號(hào)，根據(jù)設(shè)定的閉鎖關(guān)系處理，之后為電磁閥輸入控制信號(hào)，利用特殊的機(jī)構(gòu)操作操車(chē)。期間必須符合閉鎖關(guān)系，以保證程序有效輸出控制信號(hào)，電磁閥正常運(yùn)行。井下系統(tǒng)運(yùn)行中，與井上系統(tǒng)類(lèi)似。

3 系統(tǒng)控制方案

副立井操車(chē)系統(tǒng)應(yīng)在井口與井底安裝PLC 設(shè)備，通過(guò)接受操車(chē)的運(yùn)行控制信號(hào)保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。其中井口操車(chē)接收位置與車(chē)房信號(hào)，控制設(shè)備運(yùn)行，而井底操車(chē)接受設(shè)備的位置信號(hào)，保證井底設(shè)備的正常運(yùn)行。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制方案時(shí)，一是確定CPU 模塊，設(shè)定操車(chē)的運(yùn)行步數(shù)，一般不會(huì)超過(guò)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(diǎn)數(shù)為51點(diǎn)，輸出為32點(diǎn)，運(yùn)行期間應(yīng)預(yù)留一定的點(diǎn)數(shù)使用量，因此可以選用57-300系列的16點(diǎn)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(yù)留量。三是電源模塊，電源應(yīng)使用120/230 V的交流電，利用背板總線(xiàn)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(mǎn)足電源的使用要求。

4 系統(tǒng)控制過(guò)程

推車(chē)機(jī)、搖臺(tái)、前阻車(chē)器、后阻車(chē)器以及液壓系統(tǒng)均屬于副立井操車(chē)系統(tǒng)的組成部分，在運(yùn)行期間，工作人員應(yīng)根據(jù)既定順序進(jìn)行控制，保證設(shè)備正常運(yùn)行，包括手動(dòng)控制與檢修兩種模式。

4.1 手動(dòng)控制

在手動(dòng)控制模式下，工作人員應(yīng)利用操作臺(tái)按鈕控制操車(chē)動(dòng)作，嚴(yán)格按照程序進(jìn)行操作。同時(shí)還應(yīng)設(shè)定程序閉鎖功能，避免按錯(cuò)按鈕。在罐籠到位后，搖臺(tái)落下，之后返回推車(chē)機(jī)，升起前阻車(chē)器與搖臺(tái)，安全門(mén)關(guān)閉后開(kāi)車(chē)，運(yùn)行罐籠，具體操作流程如圖2所示。

圖2 手動(dòng)方式操車(chē)流程

4.2 檢修控制

工作人員檢修期間應(yīng)嚴(yán)格檢查罐籠位置的準(zhǔn)確性，保證前阻車(chē)器、后阻車(chē)器以及安全門(mén)等設(shè)備的獨(dú)立安全運(yùn)行。在檢修模式下，操車(chē)無(wú)法發(fā)揮閉鎖功能，工作人員可以通過(guò)操作臺(tái)按鈕實(shí)現(xiàn)設(shè)備返回，在操作臺(tái)畫(huà)面顯示設(shè)備運(yùn)行的指示信號(hào)，觀察設(shè)備是否正常運(yùn)行。

5 操車(chē)閉鎖關(guān)系

電氣控制、液壓部分以及機(jī)械部分均屬于副立井操車(chē)系統(tǒng)的重要組成因素，設(shè)計(jì)期間應(yīng)保證利用PLC 實(shí)現(xiàn)設(shè)備的閉鎖關(guān)系。

一是井口前阻車(chē)器、后阻車(chē)器以及安全門(mén)的閉鎖關(guān)系，在手動(dòng)啟動(dòng)模式下，應(yīng)在落下后阻車(chē)器時(shí)保證前阻車(chē)器升起。且在落下前阻車(chē)器時(shí)，也應(yīng)升起后阻車(chē)器，打開(kāi)安全門(mén)。二是井口安全門(mén)與北門(mén)打點(diǎn)閉鎖關(guān)系，打點(diǎn)室看不到出車(chē)側(cè)是否已經(jīng)出車(chē)完畢或出人，此時(shí)應(yīng)向操車(chē)發(fā)送信號(hào)，在得到通知后才可以關(guān)閉井口安全門(mén)。三是井口安全門(mén)開(kāi)啟與罐籠到位的閉鎖關(guān)系，當(dāng)罐籠未到位便打開(kāi)安全門(mén)，也無(wú)法順利進(jìn)出罐籠，為工作人員帶來(lái)了安全隱患。對(duì)此應(yīng)設(shè)置井口安全門(mén)與罐籠到位的閉鎖關(guān)系，確保系統(tǒng)運(yùn)行，提高安全性。

6 結(jié)束語(yǔ)

煤礦副立井操車(chē)系統(tǒng)改變了以往繼電器與集成電路控制系統(tǒng)的運(yùn)行模式，采用了PLC 技術(shù)，確保了系統(tǒng)維護(hù)的簡(jiǎn)易性，可以更好地處理操車(chē)設(shè)備運(yùn)行中的各種故障，保證綜合控制操車(chē)設(shè)備，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。同時(shí)，操車(chē)系統(tǒng)還增加了具備顯示運(yùn)行狀態(tài)與語(yǔ)音警示的顯示板，可以進(jìn)行數(shù)字顯示，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)操車(chē)系統(tǒng)的運(yùn)行模式。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，煤礦副立井操車(chē)系統(tǒng)可以滿(mǎn)足煤礦安全規(guī)程的基本要求，保證了運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高了煤礦的安全生產(chǎn)水平。