淺談煤礦地面生產系統電控設計

張俊生

（煤炭工業(yè)太原設計研究院，山西 太原 030001）

引言

煤礦地面生產系統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、裝車系列生產加工過程，生產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。

煤礦地面生產系統電控設計的內容包括系統所有用電設備的配電設計和系統的集中控制設計兩部分，二者之間相互聯系、相輔相成，各有各的工作重點。以下就結合筆者的設計經驗，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計、配電電壓等級的確定、配電系統設計、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 用電負荷統計

根據工藝專業(yè)委托資料進行生產系統用電負荷統計，應按照分加工車間、分區(qū)域的方法進行統計，并制作詳細、清晰的負荷統計表。因地面生產系統用電設備為環(huán)環(huán)相扣的生產線連鎖設備，除個別輔助生產設備（如電動葫蘆等）為短時負荷外，絕大部分設備均同時工作，故需用系數較大，筆者經驗一般取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系統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%。根據負荷統計結果、結合煤礦地面總平面布置圖及變電所設計，分別計算生產系統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，車間內附設變電所配電。

1.3 配電系統設計

依據《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范 GB 50215－2005》，地面生產系統為二級負荷，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］。因此生產系統的雙回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側單母線（分段）型式。

1.4 配電點的設置

地面生產系統具有用電設備多、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，生產系統集中配電點（包括車間變電所）宜設置在篩分間內。一些大型煤礦生產系統篩分工藝較復雜，設置兩個篩分間，應根據負荷分布，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，另一篩分間根據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）是生產系統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。

帶式輸送機棧橋內一般沒有用電設備，不設配電點。生產系統如有轉載站，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，根據需求委托土建專業(yè)資料。

1.5 配電設備的選型

地面生產系統為原煤運輸、加工、儲存的車間，有煤塵爆炸危險，根據《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車間相對獨立、封閉的配電室內，無須選用防爆設備，其余設置在車間內的掛墻式配電箱均須選用防爆設備。地面生產系統內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系統配電設計的最后階段，按照土建專業(yè)返回的各生產車間建筑資料，采用室內電纜溝、電纜橋架、電纜支架、穿管暗敷等多種敷設方式完成系統內所有電纜的敷設，并制作詳細、清晰的電纜聯系表。值得一提的是，車間內穿過樓板引上、引下的電纜截面較大、數量較多時，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、控制系統軟件設計、控制系統接線、控制電纜敷設六個步驟來完成。

2.1 工藝流程剖析

根據工藝專業(yè)委托資料設計出清晰、形象的煤流系統圖，通過分析煤流系統圖確定生產系統的工藝流程、流程內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

地面生產系統一般采用集中聯鎖和就地解鎖相結合的控制方式。集中聯鎖控制方式用于系統的正常工作，系統內參與集控設備間依據煤流方向相互閉鎖，由設置在集中控制室的控制主機（或控制臺）監(jiān)測控制系統的起、停及行狀況；就地解鎖控制方式用于系統內設備的維護及檢修，系統內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、中型礦井地面生產系統工藝流程較復雜，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，并能和礦井調度系統聯網監(jiān)控。集中控制系統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據。另配置一臺筆記本電腦并配備相應的網絡適配器和通訊電纜，負責對控制程序進行在線修改、系統維護。調度網關、PLC控制主機安裝在PLC機柜內，PLC機柜、PLC控制主機、監(jiān)控主機之間通過網絡實現通訊，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。

2.4 控制系統軟件設計

根據工藝流程、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集中聯鎖控制和就地解鎖控制兩種操作方式，兩種操作方式的轉換在控制系統的監(jiān)控主機上完成，集中聯鎖控制方式參與集控設備起、停時相互閉鎖，系統的控制程序由系統集成商利用配套的編程軟件根據工藝設備邏輯控制要求現場編制。

監(jiān)控顯示功能要求監(jiān)控機上能夠實時、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。

集中控制系統的程序由系統集成商按照控制原理圖利用配套的編程軟件編制并現場調試。

2.5 控制系統接線

集中控制系統的接線分為內部接線和系統接線（外部接線）兩部分。內部接線是指各電控設備為實現本設備控制、信號顯示等功能，在內部元器件之間的接線，通常由相應設備廠家根據其控制原理圖來完成；系統接線是指控制系統各設備之間為實現集控、監(jiān)控及報警等功能相互之間的接線，通常由系統集成商根據各設備廠家提供設計資料，綜合系統控制原理來完成。

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、清晰的電纜聯系表。

3 結語

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