煤礦井下拉線開關閉鎖裝置安全運行研究

魏海文

（山西晉城煤業集團 成莊礦，山西 晉城 048021）

0 引言

拉線開關閉鎖裝置在煤礦井下皮帶機和架空乘人裝置上取得了廣泛應用，也是八大保護系統中的重要一項，能夠起到設備急停、停車閉鎖的功能，是檢修人員、設備巡檢人員和事故處理人員控制設備開停的鑰匙和人身安全的保障。

井下使用的拉線開關閉鎖裝置在使用過程中如果出現故障，會造成部分或全部拉線閉鎖裝置不起作用，從而造成膠帶撕裂、膠帶磨損或傷及人員的重大安全事故。因此，本文提出了一種采用低電壓監測拉線開關故障和對拉線閉鎖裝置改進的方案，保證了設備的安全運行。

1 拉線開關閉鎖裝置基本原理及現狀

拉線閉鎖開關裝置電源為本安DC24V，前級閉鎖起作用的同時會切斷后級閉鎖的電源，這樣可以保證拉線閉鎖裝置編碼不會混亂。任何一個拉線閉鎖裝置起作用后會通過二極管將信號傳輸到機頭控制箱的PLC 輸入模塊上，其工作原理如圖1所示。

根據該原理圖，如果DC24V 線路在任何一個位置出現斷線、電源線或數據線同0V 線路短路、拉線閉鎖裝置內部開關故障的情況出現，都會造成全部或者部分拉線閉鎖裝置不起作用，甚至使事故擴大。

圖1 拉線閉鎖裝置系統原理圖

2 解決方法

成莊礦拉線開關閉鎖裝置的改造是在保證原來功能的基礎上加入拉線閉鎖裝置故障和拉線線路的斷路、接地、電源故障的監測功能，防止發生設備和傷及人員的惡性事故。

2.1 拉線開關閉鎖裝置技術改進

在實際使用過程中，拉線開關閉鎖裝置的主要的故障如下：①內部電路板故障造成拉線編碼錯誤，致使該裝置不起作用；②內部電路板因長時間使用，部分線路或焊接點斷線，造成裝置不起作用；③檢修后安裝不正確，造成編碼復位、清零，拉閉鎖后開關不起作用。總之，編碼為0 和檢修后安裝差錯均會造成裝置不起作用。

圖2 改造后的電源接線原理圖

針對上述問題，將拉線開關輸出側的電源接到其中一個信號線上，當閉鎖裝置起作用后DC 24V 電源會直接輸出到其中一個信號線上，不受內部電路板和編碼錯誤的影響，可以有效地防止編碼為0 和內部斷線的故障。

為防止安裝不到位造成裝置不起作用，檢修完畢須對該裝置進行試驗，確認正確無誤后方可運行，改造后的接線原理如圖2所示。

2.2 監測系統實現途徑及方法

在井下皮帶機上應用的拉線閉鎖裝置主要由機頭控制箱的PLC實現，它也是其他保護功能實現的器件，輸入模塊采用IC 693MDL645，該模塊的具體參數如表1所示。

該模塊斷態電壓為0～+5VDC 和斷態電流最大1.1mA，在最后一個拉線閉鎖裝置內安裝一個低電壓發送裝置（向所有信號線內發送一個低于DC 5V的電壓）， 然后在機頭控制箱內按裝一個電壓比較器對線路信號進行比較，判斷拉線開關閉鎖裝置系統中是否出現電源和線路故障。

在正常情況下，所有信號線路電壓為DC 5V 以下的低電壓，當拉線開關閉鎖系統電源出現故障、斷路時，所有信號線電壓將會變為0V，因為低電壓對PLC 輸入模塊無影響，所以不影響設備正常運行；當某根信號線路出現斷路、接地時，故障線路將會變為0V；當某個拉線閉鎖裝置起作用后，信號線電壓升至24V，通過電壓比較器保證設備的安全運行。其工作原理如圖3所示。

表1 IC693 MDL645輸入模塊參數

圖3 低電壓監測原理

圖4 電路原理圖

通過電壓比較實現系統自動檢測，其工作原理如圖4所示。

當所有信號線路內電壓高于參考電壓時，電壓比較器輸出高電位，此時J9 角輸出高電位。當任何一個信號線路內電壓低于參考電壓時，相應的電壓比較器輸出低電位，此時對應的發光二極管亮，同時J9 角輸出低電位。其中R9 和R10 用于取得電壓比較器的參考電壓，選擇R9=180KΩ，R10=20KΩ，電壓比較器參考電壓為DC 2.4V。

其中R1～R6為發光二極管的限流電阻，正常電流為5mA，阻值24/0.005=4800Ω，選擇4.7KΩ標準電阻；R7 和R8 起到低電位和輸出時限流電阻的功能，選擇兩個4.7K 標準電阻并聯后阻值為2.35KΩ。當J9 角輸出高電位時，輸出的電流為4.248mA，輸出電壓14.02V，完全符合IC 693MDL645 模塊通態電壓為11.5～30V 和通態電流最小3.2mA的要求；電壓比較器在選擇常用的LM339；二極管和發光二極選擇1N4007 和3mm 紅色發光二極管。

3 應用效果及結論

通過對拉線開關閉鎖裝置改造，有效地提高了閉鎖裝置的安全可靠性，當出現故障時能夠做到閉鎖、提醒的功能，并且動作靈敏、故障判斷準確，成本低，保證了設備的安全運行，因此，該拉線開關閉鎖裝置監測系統的改進勢必將得到廣泛的應用。