煤矿井下拉线开关闭锁装置安全运行研究

2013-09-13魏海文

机电产品开发与创新 2013年4期

关键词：拉线低电压原理图

魏海文

（山西晋城煤业集团成庄矿，山西晋城 048021）

0 引言

拉线开关闭锁装置在煤矿井下皮带机和架空乘人装置上取得了广泛应用，也是八大保护系统中的重要一项，能够起到设备急停、停车闭锁的功能，是检修人员、设备巡检人员和事故处理人员控制设备开停的钥匙和人身安全的保障。

井下使用的拉线开关闭锁装置在使用过程中如果出现故障，会造成部分或全部拉线闭锁装置不起作用，从而造成胶带撕裂、胶带磨损或伤及人员的重大安全事故。因此，本文提出了一种采用低电压监测拉线开关故障和对拉线闭锁装置改进的方案，保证了设备的安全运行。

1 拉线开关闭锁装置基本原理及现状

拉线闭锁开关装置电源为本安DC24V，前级闭锁起作用的同时会切断后级闭锁的电源，这样可以保证拉线闭锁装置编码不会混乱。任何一个拉线闭锁装置起作用后会通过二极管将信号传输到机头控制箱的PLC 输入模块上，其工作原理如图1所示。

根据该原理图，如果DC24V 线路在任何一个位置出现断线、电源线或数据线同0V 线路短路、拉线闭锁装置内部开关故障的情况出现，都会造成全部或者部分拉线闭锁装置不起作用，甚至使事故扩大。

图1 拉线闭锁装置系统原理图

2 解决方法

成庄矿拉线开关闭锁装置的改造是在保证原来功能的基础上加入拉线闭锁装置故障和拉线线路的断路、接地、电源故障的监测功能，防止发生设备和伤及人员的恶性事故。

2.1 拉线开关闭锁装置技术改进

在实际使用过程中，拉线开关闭锁装置的主要的故障如下：①内部电路板故障造成拉线编码错误，致使该装置不起作用；②内部电路板因长时间使用，部分线路或焊接点断线，造成装置不起作用；③检修后安装不正确，造成编码复位、清零，拉闭锁后开关不起作用。总之，编码为0 和检修后安装差错均会造成装置不起作用。

图2 改造后的电源接线原理图

针对上述问题，将拉线开关输出侧的电源接到其中一个信号线上，当闭锁装置起作用后DC 24V 电源会直接输出到其中一个信号线上，不受内部电路板和编码错误的影响，可以有效地防止编码为0 和内部断线的故障。

为防止安装不到位造成装置不起作用，检修完毕须对该装置进行试验，确认正确无误后方可运行，改造后的接线原理如图2所示。

2.2 监测系统实现途径及方法

在井下皮带机上应用的拉线闭锁装置主要由机头控制箱的PLC实现，它也是其他保护功能实现的器件，输入模块采用IC 693MDL645，该模块的具体参数如表1所示。

该模块断态电压为0～+5VDC 和断态电流最大1.1mA，在最后一个拉线闭锁装置内安装一个低电压发送装置（向所有信号线内发送一个低于DC 5V的电压），然后在机头控制箱内按装一个电压比较器对线路信号进行比较，判断拉线开关闭锁装置系统中是否出现电源和线路故障。

在正常情况下，所有信号线路电压为DC 5V 以下的低电压，当拉线开关闭锁系统电源出现故障、断路时，所有信号线电压将会变为0V，因为低电压对PLC 输入模块无影响，所以不影响设备正常运行；当某根信号线路出现断路、接地时，故障线路将会变为0V；当某个拉线闭锁装置起作用后，信号线电压升至24V，通过电压比较器保证设备的安全运行。其工作原理如图3所示。

表1 IC693 MDL645输入模块参数

图3 低电压监测原理

图4 电路原理图

通过电压比较实现系统自动检测，其工作原理如图4所示。

当所有信号线路内电压高于参考电压时，电压比较器输出高电位，此时J9 角输出高电位。当任何一个信号线路内电压低于参考电压时，相应的电压比较器输出低电位，此时对应的发光二极管亮，同时J9 角输出低电位。其中R9 和R10 用于取得电压比较器的参考电压，选择R9=180KΩ，R10=20KΩ，电压比较器参考电压为DC 2.4V。

其中R1～R6为发光二极管的限流电阻，正常电流为5mA，阻值24/0.005=4800Ω，选择4.7KΩ标准电阻；R7 和R8 起到低电位和输出时限流电阻的功能，选择两个4.7K 标准电阻并联后阻值为2.35KΩ。当J9 角输出高电位时，输出的电流为4.248mA，输出电压14.02V，完全符合IC 693MDL645 模块通态电压为11.5～30V 和通态电流最小3.2mA的要求；电压比较器在选择常用的LM339；二极管和发光二极选择1N4007 和3mm 红色发光二极管。