集成于斜井提升機電控系統的自動風門控制系統

李宏濤，段顯艷，曹喜生，袁正泉

（1.天水電氣傳動研究所有限責任公司，甘肅天水741020；2.中國石油集團渤海鉆探工程有限公司塔里木鉆井分公司，新疆庫爾勒841000）

1 引言

煤礦斜井井口風門是煤礦井下通風安全管理的主要設備，其作用是避免進風系統和回風系統的風流短路，同時又不影響兩系統間的過車，對通風安全及生產運輸系統是至關重要的。長期以來井口風門主要是采用人工啟閉的普通電動風門。人工啟閉風門費時費力，安全系數低，影響運輸效率。近年來，煤礦的生產、設計、科研單位對此進行了一些探索、研究，尤其隨著煤礦生產自動化程度的提高，提升機電控系統的不斷完善，煤礦斜井井口風門的可靠性和自動化程度顯得更為重要。

隨著提升機控制系統性能的不斷完善和提高，現在大多數的風門控制系統已與提升機控制系統進行了連接。這樣不僅大大提高了風門控制的可靠性和自動化程度，也提高了提升機的運輸能力。例如：軌道檢測式自動風門控制系統，在經過現場實際應用后發現，此控制系統存在兩個致命缺點：其一，未與提升機系統完全聯鎖，當風門系統出現故障時提升機系統不能及時停車而發生事故；其二，此風門控制系統的軌道檢測開關由于常被重達幾噸的礦車軋過，會常出現誤動作或損壞，致使風門系統故障率高。因此，設計了集成于提升機電控系統的牌坊檢測式自動風門控制系統來解決以上問題。

2 風門控制系統可靠的必要性和重要性

在靠近壓風機房即主扇的斜井井口都應安裝風門來保證井下空氣的流通，降低井下瓦斯濃度，使井下作業的工作人員有足夠的氧氣。如果沒有設置風門，或者風門控制不可靠，由壓風機房向井下壓入的新鮮空氣就會由井口流失，使井下危險。這就是常說的風流短路。另外，風門控制系統不可靠還有其他的安全隱患，如人車要經過風門，風門應該打開時沒有打開，就會發生撞門事件，輕則耽誤生產，重則傷人。

3 牌坊檢測式自動風門控制系統的組成

（1）風門控制系統硬件

風門控制系統硬件主要由以下幾個部分組成。

主回路：風門電源斷路器、正轉接觸器、反轉接觸器。

控制回路：PLC程序控制、硬件控制。

檢測回路：風門狀態檢測、過門狀態監測、風門動作檢測、甩車檢測。風門動作檢測開關由以前的軌道式安裝改為牌坊式深度指示器安裝，檢測開關由以前的普通行程開關替換成可靠性更高的霍爾接近開關。這樣大大降低了風門動作檢測開關的故障率，從而提高風門的可靠性。

（2）風門的控制方式

如圖1所示為兩道風門檢測開關位置示意圖。

圖1 兩道風門檢測開關位置示意圖

說明：牌坊式深度指示器上的小滑塊的位置，與礦車在井筒中的位置存在一個固定的比例，由此圖的DI位置點直觀的反應風門動作點的位置，而實際這些動作點安裝于牌坊式深度指示器上。

本設計規定靠近井口的風門為一道風門。

（1）手動控制方式

操作工可以通過操作臺上的轉換開關和按鈕來控制風門動作。

具體操作是：“風門控制方式”轉換開關打到“手動”，按“一道手動”按鈕，一道風門開（如果風門在關的狀態），否則風門關（如果風門在開的狀態）；按“二道手動”按鈕，二道風門開（如果風門在關的狀態），否則風門關（如果風門在開的狀態）。此控制方式只有在風門出現故障或檢修時使用。

（2）自動控制方式

正常開車時操作工只要把風門控制開關打到“自動”，PLC就會根據絞車運行的方向和位置自動開、關風門。

當絞車處于上行狀態時，牌坊式深度指示器上的深度指針依次經過二道風門下控開關、二道風門過門監視、二道風門上控開關、一道風門下控開關、一道風門過門監視、一道風門上控開關。對應上述過程的具體動作依次為：二道風門開、絞車經過二道風門、二道風門關、一道風門開、絞車經過一道風門、一道風門關。

（3）風門安全回路

風門安全回路主要包括風流短路故障、風門拒開故障、風門拒關故障、風門狀態檢測開關故障、風門動作超時故障、風門過位故障。

（4）風門監控系統

目前，提升機控制系統大多都實現了聲光告警系統和監控系統，因此牌坊檢測式自動風門控制系統也就由以前的手動控制系統跳躍升級到全自動帶監控系統的控制系統。風門的開關狀態、動作、絞車過門、故障等都在提升機操作臺上通過指示燈和語音裝置實現聲光告警。風門狀態檢測、過門狀態監測、風門動作檢測、甩車檢測、風門故障等都在提升機的監視屏中有單獨畫面顯示。

4 牌坊檢測式自動風門控制系統的設計

根據風門動作順序要求，并保證車輛通過時風門暢通，而且前后兩道風門應可靠互鎖，不能同時打開，以避免風流短路。因此，在原提升機PLC中增加一些數字量輸入DI點和輸出DO點來控制兩道風門的自動開關。圖2所示為數字量輸入（DI）、數字量輸出（DO）。圖3所示為PLC程序設計流程。

圖2 數字量輸入（DI）、數字量輸出（DO）

5 牌坊檢測式自動風門控制系統的聯鎖

（1）當風門安全回路出現故障時，提升機電控系統會報出相應的故障并且自動控制提升機電氣制動并停車。

（2）根據提升容器過風門時的速度要求設計運行速度曲線，然后根據運行速度曲線和風門的動作速度來確定風門的上、下控制開關在牌坊式深度指示器上的位置。

（3）最后通過調試并觀察現場絞車和風門的試運行效果，反復調整檢測開關的位置和運行速度曲線，來實現牌坊檢測式自動風門控制系統的最優控制。

6 結束語

圖3 PLC程序設計流程圖

集成于提升機電控系統的牌坊檢測式自動風門控制系統在某礦斜井已成功運用。風門和提升機用同一套PLC控制，風門互鎖可靠，不會造成風流短路，自動化程度高、與提升機的集成度高、編程簡單、可靠性高、安全系數高。當外部條件過于苛刻，此種風門控制系統會有使用弊端，如兩道風門之間距離過短且礦車長度過長。

［1］胡 建.西門子S7-300PLC應用教程［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［2］天津電氣傳動設計研究所.電氣傳動自動化技術手冊［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［3］翟洪亮.煤礦自動開關氣動閉鎖防撞風門的研制與應用［J］.山東煤礦科技，2007，（5）5-6.