主斜井盘闸制动系统优化改造及应用

李学锋（山西阳城阳泰集团竹林山煤业有限公司，山西阳城048105）

0 引言

上世纪90年代，由于我国煤炭资源开采技术较为落后，多数矿井的煤炭开采主要为人力开采，且企业过于追求优质煤、高产量、高效益，导致我国的煤炭行业长期存在生产效率低，资源浪费严重等现象。现阶段，随着科技不断进步，矿井机械化程度不断提高，国家大力提倡节能、高效发展，大力推进矿井自动化改造。其中，主井皮带的自动化作为实现矿井全自动化的重要环节，具有重要地位，而盘闸制动系统是主井皮带自动化系统的重要组成部分。

某矿由于原盘闸制动系统在启停过程存在较多问题，导致发生损坏CST设备的事故。本文以此为研究背景，对其盘闸制动进行了技术改造。研究结果不仅可以实现盘闸自动化制动，而且对煤矿安全快速生产具有重要的实际意义。

1 工程背景

某煤矿2号井的主斜井皮带倾角为6～8°，根据规程及相关规定，在主斜井皮带机头滚筒处装设了进口的逆止器，主驱滚筒装设制动盘闸。CST设备为可控启动传动系统，为盘闸制动系统的重要组成部分。该系统主要结构为液压系统、减速箱、冷却系统以及PLC控制装置。CST设备被广泛用于胶带输送机的传动，主要作用为实现重负载的平滑启动。CST设备如下图1所示。CST设备的使用为通过发送启动信号，控制器根据原有设定参数计算启动速度曲线。当胶带输送机达到满速时，其加速时间在40～300s之间选取，同时胶带机的运行也可在慢动状态下，其速度可在20%～50%之间设定调节。当发出停止信号时，CST设备系统可将制动时间控制在30s以内，且制动时间可在30s内根据所需进行调节。

图1 CST控制系统示意图

根据现场要求，制动盘闸必须在主电机之前打开，确保CST设备在空载情况下启动，而且必须在主电机关机后迅速将盘闸断电实现抱闸功能。该功能原本是通过修改CST内部程序实现自动化控制的，但由于CST设备程序较难修改，需通过外接PC修改CST模块化程序来实现该功能。但外接PC具有故障率高、现场难以修复处理的缺点，一旦现场出现问题，极易造成井下长时间无法生产或导致CST设备的损坏。该矿曾出现盘闸电机无法打开而损坏CST设备的事故，发生事故时需要调集专业技术人员进行修理，耗费实际较长，极大影响着煤炭生产。因此，急需对其盘闸制动系统进行改造设计。现该矿引进KTC101通讯控制系统，该程序可以将盘闸系统的控制代码编入启动程序中，从而实现盘闸自动化制动功能。如图2为盘闸及盘闸电机。

图2 盘闸及盘闸电机

2 KTC101通讯控制系统介绍及盘闸控制系统并入KTC101通讯系统的方案

KTC101是集保护和控制为一体的通讯系统，该系统是由天津某电子公司自主研发的。该电子公司考虑并结合TK100工作面皮带系统将通讯与控制集合为一体的优点，在此基础上，设计的KTC101通讯系统。该系统功能强大，可以保护工作面、顺槽及大巷皮带，远程控制，通讯及显示运行情况，以及故障提醒和故障检测等功能，从设备的开启及关闭，到设备运行参数显示、煤仓煤位和皮带运行速度监测，以及设备故障自动检测，工作人员远程操控等都可通过KTC101系统实现。目前该系统在该矿2号井工作面及皮带系统中得到广泛应用，且应用效果显著，下图3为KTC101系统在皮带系统中的应用界面。同时，该系统也为主斜井盘闸控制系统的改造提供了技术基础。

该矿井技术人员及相关专家，通过对盘闸控制系统进行软件及硬件的改造，已成功将CST内部控制器由PLC改造为KTC101通讯控制系统。改造优化的具体方案为：

1）硬件优化改造。本次硬件改造首先通过可编程控制器PLC内部的接口箱，将盘闸电机中的控制线和反馈线甩掉，这样的做法不仅可以忽略由于更改内部PLC程序影响到整个盘闸系统，而且可以不影响到整个CST系统的操控。然后，将甩出的控制线和反馈线，与KTC通讯控制系统的I/O接口相对接，采用软件编程的方式实现盘闸系统的启动及制动功能。如下图4所示，为改造前盘闸系统CST控制系统内部接口箱各硬件连接情况。

图3 KTC101系统在皮带系统中的应用界面

图4 改造前盘闸系统CST控制系统内部接口箱各硬件连接情况

2）软件编程。KTC101通讯控制系统引入盘闸电机进行自动化控制的具体程序设置方法如下：

首先，通过按键#+A，可进入系统后台，通过设置进行参数选取。根据本次研究对象，选择主斜井电动机为控制对象，将盘闸电机和I/O接口处的控制点设置为一号电机的输出点，其他输出点向后顺延。这样的改造，可以实现在主斜井电机开机前首先启动油泵的功能，设备启动的时间可以根据现场时间需求进行设置调整。同时，将电极前级、后级联锁设置为有效，可以保障取有效性。

其次，通过将主斜井电机的反馈点设置为盘闸油泵电机与I/O接口处的控制点，可以实现即时主斜井电机没有接收到反馈信号，也能在盘闸电机发生故障时，立即停车的功能。该设置，不仅有效的防止了盘闸发生故障导致主斜井电机损坏的情况，而且在电机停机的时间里，可以根据现场情况，随时调整盘闸运行时间。

3 改造后盘闸制动控制系统应用效果分析

该矿井主斜井盘闸系统在未进行改造前，由于盘闸电机的程序控制存在问题，经常会导致皮带的CST系统发生故障。当CST系统发生故障后，必须安排专业技术人员进行调试，调试时间较长，极大的影响着井下煤矿开采效率。周边煤矿也曾多次发生该系统故障，但由于专业技术知识的缺乏，一直无法得到解决。

通过本次研究及引入KTC101通讯控制系统，对原盘闸制动系统进行改造后，在该矿主斜井盘闸系统中的应用效果显著。一方面，提高了控制系统的控制性能和快速维护性能，井下工作人员可以根据现场实际需求随时进行简单的技术参数设置，使现场操控更加简单化。另一方面，可以有效防止原盘闸制动系统在启停过程中存在的问题，不仅可以实现盘闸制动系统的高效利用，而且可以解决原有系统问题导致的电机CST系统损坏问题。该矿对2号井主斜井盘闸制动系统优化改造以来，系统运行稳定，应用效果显著。

4 结 论

本文以某矿井主斜井原盘闸制动系统在启停过程中易导致皮带CST系统的损坏为研究背景，对主斜井盘闸制动系统进行技术改造，通过引入KTC101通讯控制系统，将系统的CST内部控制器由PLC改造为KTC101通讯控制系统，并对盘闸控制系统进行软件及硬件的改造。系统优化改造后，不仅提高了控制系统的控制性能和快速维护性能，而且有效防止了原盘闸制动系统在启停过程中存在的问题，应用效果显著。