主斜井盤閘制動系統優化改造及應用

李學鋒（山西陽城陽泰集團竹林山煤業有限公司，山西陽城048105）

0 引言

上世紀90年代，由于我國煤炭資源開采技術較為落后，多數礦井的煤炭開采主要為人力開采，且企業過于追求優質煤、高產量、高效益，導致我國的煤炭行業長期存在生產效率低，資源浪費嚴重等現象。現階段，隨著科技不斷進步，礦井機械化程度不斷提高，國家大力提倡節能、高效發展，大力推進礦井自動化改造。其中，主井皮帶的自動化作為實現礦井全自動化的重要環節，具有重要地位，而盤閘制動系統是主井皮帶自動化系統的重要組成部分。

某礦由于原盤閘制動系統在啟停過程存在較多問題，導致發生損壞CST設備的事故。本文以此為研究背景，對其盤閘制動進行了技術改造。研究結果不僅可以實現盤閘自動化制動，而且對煤礦安全快速生產具有重要的實際意義。

1 工程背景

某煤礦2號井的主斜井皮帶傾角為6～8°，根據規程及相關規定，在主斜井皮帶機頭滾筒處裝設了進口的逆止器，主驅滾筒裝設制動盤閘。CST設備為可控啟動傳動系統，為盤閘制動系統的重要組成部分。該系統主要結構為液壓系統、減速箱、冷卻系統以及PLC控制裝置。CST設備被廣泛用于膠帶輸送機的傳動，主要作用為實現重負載的平滑啟動。CST設備如下圖1所示。CST設備的使用為通過發送啟動信號，控制器根據原有設定參數計算啟動速度曲線。當膠帶輸送機達到滿速時，其加速時間在40～300s之間選取，同時膠帶機的運行也可在慢動狀態下，其速度可在20%～50%之間設定調節。當發出停止信號時，CST設備系統可將制動時間控制在30s以內，且制動時間可在30s內根據所需進行調節。

圖1 CST控制系統示意圖

根據現場要求，制動盤閘必須在主電機之前打開，確保CST設備在空載情況下啟動，而且必須在主電機關機后迅速將盤閘斷電實現抱閘功能。該功能原本是通過修改CST內部程序實現自動化控制的，但由于CST設備程序較難修改，需通過外接PC修改CST模塊化程序來實現該功能。但外接PC具有故障率高、現場難以修復處理的缺點，一旦現場出現問題，極易造成井下長時間無法生產或導致CST設備的損壞。該礦曾出現盤閘電機無法打開而損壞CST設備的事故，發生事故時需要調集專業技術人員進行修理，耗費實際較長，極大影響著煤炭生產。因此，急需對其盤閘制動系統進行改造設計。現該礦引進KTC101通訊控制系統，該程序可以將盤閘系統的控制代碼編入啟動程序中，從而實現盤閘自動化制動功能。如圖2為盤閘及盤閘電機。

圖2 盤閘及盤閘電機

2 KTC101通訊控制系統介紹及盤閘控制系統并入KTC101通訊系統的方案

KTC101是集保護和控制為一體的通訊系統，該系統是由天津某電子公司自主研發的。該電子公司考慮并結合TK100工作面皮帶系統將通訊與控制集合為一體的優點，在此基礎上，設計的KTC101通訊系統。該系統功能強大，可以保護工作面、順槽及大巷皮帶，遠程控制，通訊及顯示運行情況，以及故障提醒和故障檢測等功能，從設備的開啟及關閉，到設備運行參數顯示、煤倉煤位和皮帶運行速度監測，以及設備故障自動檢測，工作人員遠程操控等都可通過KTC101系統實現。目前該系統在該礦2號井工作面及皮帶系統中得到廣泛應用，且應用效果顯著，下圖3為KTC101系統在皮帶系統中的應用界面。同時，該系統也為主斜井盤閘控制系統的改造提供了技術基礎。

該礦井技術人員及相關專家，通過對盤閘控制系統進行軟件及硬件的改造，已成功將CST內部控制器由PLC改造為KTC101通訊控制系統。改造優化的具體方案為：

1）硬件優化改造。本次硬件改造首先通過可編程控制器PLC內部的接口箱，將盤閘電機中的控制線和反饋線甩掉，這樣的做法不僅可以忽略由于更改內部PLC程序影響到整個盤閘系統，而且可以不影響到整個CST系統的操控。然后，將甩出的控制線和反饋線，與KTC通訊控制系統的I/O接口相對接，采用軟件編程的方式實現盤閘系統的啟動及制動功能。如下圖4所示，為改造前盤閘系統CST控制系統內部接口箱各硬件連接情況。

圖3 KTC101系統在皮帶系統中的應用界面

圖4 改造前盤閘系統CST控制系統內部接口箱各硬件連接情況

2）軟件編程。KTC101通訊控制系統引入盤閘電機進行自動化控制的具體程序設置方法如下：

首先，通過按鍵#+A，可進入系統后臺，通過設置進行參數選取。根據本次研究對象，選擇主斜井電動機為控制對象，將盤閘電機和I/O接口處的控制點設置為一號電機的輸出點，其他輸出點向后順延。這樣的改造，可以實現在主斜井電機開機前首先啟動油泵的功能，設備啟動的時間可以根據現場時間需求進行設置調整。同時，將電極前級、后級聯鎖設置為有效，可以保障取有效性。

其次，通過將主斜井電機的反饋點設置為盤閘油泵電機與I/O接口處的控制點，可以實現即時主斜井電機沒有接收到反饋信號，也能在盤閘電機發生故障時，立即停車的功能。該設置，不僅有效的防止了盤閘發生故障導致主斜井電機損壞的情況，而且在電機停機的時間里，可以根據現場情況，隨時調整盤閘運行時間。

3 改造后盤閘制動控制系統應用效果分析

該礦井主斜井盤閘系統在未進行改造前，由于盤閘電機的程序控制存在問題，經常會導致皮帶的CST系統發生故障。當CST系統發生故障后，必須安排專業技術人員進行調試，調試時間較長，極大的影響著井下煤礦開采效率。周邊煤礦也曾多次發生該系統故障，但由于專業技術知識的缺乏，一直無法得到解決。

通過本次研究及引入KTC101通訊控制系統，對原盤閘制動系統進行改造后，在該礦主斜井盤閘系統中的應用效果顯著。一方面，提高了控制系統的控制性能和快速維護性能，井下工作人員可以根據現場實際需求隨時進行簡單的技術參數設置，使現場操控更加簡單化。另一方面，可以有效防止原盤閘制動系統在啟停過程中存在的問題，不僅可以實現盤閘制動系統的高效利用，而且可以解決原有系統問題導致的電機CST系統損壞問題。該礦對2號井主斜井盤閘制動系統優化改造以來，系統運行穩定，應用效果顯著。

4 結 論

本文以某礦井主斜井原盤閘制動系統在啟停過程中易導致皮帶CST系統的損壞為研究背景，對主斜井盤閘制動系統進行技術改造，通過引入KTC101通訊控制系統，將系統的CST內部控制器由PLC改造為KTC101通訊控制系統，并對盤閘控制系統進行軟件及硬件的改造。系統優化改造后，不僅提高了控制系統的控制性能和快速維護性能，而且有效防止了原盤閘制動系統在啟停過程中存在的問題，應用效果顯著。