矿井地面生产系统的配电及控制设计

石　超

（煤炭工业太原设计研究院，山西　太原　030002）

1　矿中地面生产系统主要设备

矿井地面生产系统是将离开井口房的原煤经过输送、筛分、卸料、装车等环节的加工过程，主要包含设备有带式输送机及其制动器、圆振动筛、手选带式输送机、电动液压犁式卸料器、装车仓全自动定量装车系统及装车仓风机等。

2　电源电缆的选择分析

根据《煤炭工业小型矿井设计规范》GB 50399—200规定，地面生产系统属于二级负荷，应有两回电源供电，两回电源分别引自不同的变电所，分列运行，当其中一条线路发生故障，另一路电源可及时投入并负担起全线路负荷的正常工作。另外需要计算电源电缆的压降，根据统计生产系统的负荷及与电源之间的距离，通过研究380 V铠装电缆单位负荷距时电压损失百分数系数参考表得出压降数值。根据《供配电系统设计规范》GB 50052—95规定要求，用电设备端子处，电压偏差允许值±5%。若计算数值大于5，应增大所选电缆截面[1]。

3　供配电系统及电气设备选型

大中型矿井地面生产系统一般电压等级为380V，本文选取GGD系列交流低压配电柜为例。开关柜柜内分为水平母线隔室、功能单元室、垂直母线室和电缆室，各功能室严格分开，作用相对独立。开关柜防护等级为IP40。开关柜框架及四周门板做喷塑处理，内层隔板在做镀锌钝化处理后再做特殊的防腐工艺处理。低压开关柜由以下主要设备（部件）构成：主母线、断路器、电流互感器、交流接触器、热继电器等。380 V进线柜要求装设PD211-1M4S9多功能电度表及PZ211-1U4D9电压表，并要求配备网络通讯接口，可以实时向地面生产系统集中控制系统和调度系统上传电量信号。低压馈出回路装设

PA211-1I1XA电流表。以上表计均选用数显表，由低

压开关柜厂家负责配套提供。

4　照明系统设备的选择

因地面生产系统的工作特性决定，其属于粉尘多、易燃易爆场所，所以在选择灯具上应该考虑选择带有煤炭安全标志的本安型防水防尘及防爆灯具，可在易燃易爆场所安全使用。在光源的选择上，淘汰了光效低的白炽灯，可以选择MH气体放电灯、电磁感应灯以及无极灯等高光效、长寿命的光源。灯具的开关及导线应选择防爆开关及阻燃导线。

5　防雷与接地的设计

根据《建筑物防雷设计规范》，筛分间为二类防雷建筑物，凡高度在15m以上的建筑物设避雷带保护，其冲击接地电阻不大于10Ω[2]。利用带式输送机栈桥的金属屋顶和金属架构作为防雷装置，用镀锌扁钢将其可靠连接，形成良好的电气通道，栈桥两端用镀锌圆钢分别于筛分间及块煤仓防雷装置可靠连接，并设防雷引下线。

6　集中控制系统的设计

地面生产系统的集中控制系统采用可编程控制器（PLC）来完成，并能和矿调度室联网监控。集中控制系统的主要软硬件设备包括：后台监控机、PLC机柜、PLC输入输出模块、后台监控机组态软件及编程软件等。

集中控制系统的硬件配置如下页图1所示，要求采用集散控制方式。根据地面生产系统控制设备整体分散相对集中的特点，在就近车间设生产系统控制室，并设有PLC监控分站。

集中控制系统设置3台工控机，其中两台工控机作为互为热备用的后台监控机，一台工控机负责报警及打印数据。另配置一台笔记本电脑并配备相应的网络适配器和通讯电缆，负责对控制程序进行在线修改、系统维护。调度网关、PLC控制主机安装在PLC网络机柜内，PLC网络机柜、PLC监控分站、PLC控制主机、后台监控机之间通过网络实现通讯，通讯软件由自动化公司配套提供。PLC网络机柜、后台监控机和打印机安装在生产系统控制室内。

图1　集控系统硬件配置图

生产系统控制室的PLC监控分站所采集的信号主要包括：主斜井带式输送机的运行信号；转载站至筛分间带式输送机及其制动装置、筛分间手选带式输送机、混煤带式输送机、筛分间至装车仓带式输送机及其制动装置的运行参数和状态；装车仓、矸石仓的煤（料）位参数；装车仓下、矸石仓下各电液闸门位置信号及其液压站的运行参数和状态；装车仓上电动液压犁式卸料器的位置信号；装车仓上风机的运行状态。

PLC监控分站的输入模块负责采集所有参与集中控制的工艺设备运行参数和状态，并通过网络将以上信号传送至PLC网络机柜内的控制主机和控制室的后台监控机。控制主机接收信号并对所有信号进行实时分析处理，将分析处理后的输出信号及调度监控人员在后台监控机上发出的操作命令通过网络传送至PLC机柜的输出模块，由输出模块执行操作。

7　各设备控制要求及保护、检测装置配置

各设备要求将断路器动作信号、接触器运行信号、热继电器动作信号接入集中控制系统；所有设备均在现场设就地控制按钮（起动、停止按钮各一个，停止按钮采用非自复式），所有按钮信号接入集中控制系统。以上信号均为开关量信号，直接接入集中控制系统并在后台监控机上显示其状态。所用现场安装的控制按钮盒均应由集中控制系统集成厂家配套提供，要求选用矿用隔爆型设备，具有煤矿矿用产品安全标志。

电液闸门液压站自带控制箱以实现设备的自动控制和保护功能，控制箱要求选用矿用隔爆型设备，具有煤矿矿用产品安全标志。

8　胶带机的控制、检测、保护要求及配置

1）胶带跑偏保护：选用二级胶带跑偏开关，用于运输机胶带跑偏检测和保护用，成对使用。当一级跑偏动作时，只报警不停车，但能召唤显示跑偏位置；当二级跑偏动作时，报警并执行急停命令，也能显示出跑偏位置。配置原则：胶带头尾各设一对，中间每200m设一对[3]。

2）速度检测、打滑和超速保护。选用速度检测传感器，检测胶带输送机速度，实现低速打滑和超速保护。

3）沿线急停闭锁和故障位置检测。选用拉绳急停闭锁开关用于胶带输送机沿线紧急闭锁保护，具有故障地点识别功能，拉绳急停闭锁开关可兼作接线盒，胶带输送机沿线其它保护装置可就近接入此闭锁开关，这样可节省大量信号电缆。控制台上能显示故障地点，当闭锁开关动作，控制机报警并发急停命令，并能召唤显示出故障位置。配置原则：拉绳急停闭锁开关胶带头尾各设一台，中间每60m设一台。

4）胶带纵向撕裂保护。选用纵撕传感器实现此功能。传感器安装在装载点（给煤皮带）的前方3～5m处，当胶带发生纵撕故障，传感器动作，报警并急停。

5）堆煤检测：选用堆煤传感器实现此功能。传感器一般吊挂在胶带机头卸载入口处，当卸载点发生堆煤时，滞留的积煤触及堆煤传感器，使它发生倾斜，报警并急停。

6）煤（料）位监测：在块煤装车仓、末煤装车仓和矸石仓分别设超声波料位计，分别用于监测和显示块煤装车仓、末煤装车仓及矸石仓的煤（料）位信号，要求当各装车仓高煤（料）位时仓上停止装料，低煤（料）位停止卸料。煤（料）位信号以4～20mA模拟量信号输入PLC模拟量输入模块，在上位机上可形象的显示块煤装车仓、末煤装车仓的煤位、煤量及矸石仓的料位、矸石量。

7）犁式卸料器设两个位置开关，对应显示各犁式卸料器的抬起和放下位置。所用带式输送机沿线安装的控制、保护设备均要求选用矿用隔爆型设备，具有煤矿矿用产品安全标志。

[1]刘介才.工厂供电[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2]王国田.可编程控制器在地面生产系统中的应用[J].煤矿自动化，2009（6）：69-70.

[3]田井龙.我国煤矿地面生产控制系统存在的问题和对策[J].企业技术开发，2014（10）：45-46.