煤矿副井操车系统设计

曹旭平

（山西约翰芬雷设计工程有限公司，太原 030001）

0 引言

当前煤矿开采过程中大多使用副立井操车系统，电动机与起动机的体积较大，驱动时缺乏灵活性，甚至还会存在一定噪声，无法更好地适应生产环境。同时，副立井操车系统由于体积较大，运输期间存在各种问题，因此工作人员会适当减少操作作业，这也会导致频繁启动操车，以致其长期处于气动状态，增大了故障的发生几率。受上述各种原因的影响，煤矿副立井操车系统急需得到升级改进，加之当前频繁发生煤矿事故问题，这也要求企业应在操车系统中应用更多的信息技术，实现不同学科的相互交叉，确保系统整体的技术水平与安全效果，真正实现通信技术、网络技术、微电子技术以及电子技术的全面融合，提高煤矿开采系统的可靠性。本文便据此进行分析。

1 系统技术升级目标

首先可以提高操车系统的自动化运行水平，机械设备最关键的性能指标便是自动化水平，在煤矿副立井生产系统中，操车系统属于基础机械设备，直接决定着煤矿生产的安全性与高效性，但在以往的操作环节中，煤矿企业并未重视自动化改进，生产效率较低，更无法实时监测操车的实际运营状态。因此，在设计副立井操车系统时应保证运行自动化，融合先进的设计理念与技术方法，切实保证操车的自动运行，实现量化监控，提高系统的安全性与生产效率。其次可以提高操车系统的适用性，当前矿区开采期间更为重视引入副立井操车系统，开采环境比较复杂，以往操车系统体积较大且设计简单，不能更好地适应生产环境。对此，在改进升级操车系统时应完善功能，保证环境的适应性，根据不同矿区的生产环境设计不同的开采模式。同时，还应量化统计不同矿区的实际情况，采用模块设计思路，根据生产环境的改变随时调整操车的运行状态，确保使用率，为此后的升级改进提供更多的借鉴依据。最后可以提高副立井操车系统的稳定性与可靠性。在整个煤矿生产过程中，副立井操车系统占据十分重要的位置，也是故障发生需要紧急抢险的重要设备。对此，煤矿企业应重点提高操车系统的稳定性，而非简单的提高某个部件的可靠性，做到在整体上进行统筹优化，严格设计每个生产环节。在设计创新方面，开采人员应引入创新思维，在满足可靠性与安全性的前提下进行量化分析，融合通信技术与电子技术，切实提高系统的稳定性。

2 系统结构

井上部分、井下部分以及车房部分均属于副立井操车控制系统的组成要素，在井上与井下的操作台中，工作人员设计了安全门开关按钮、前后阻车器的起落按钮以及推车机的倒车与推车按钮等。工作人员在按下按钮后，PLC 便可以接收通过电缆传输的信号，之后由控制程序进行简单处理，发出控制信号。为了带动操车设备安全运行，控制信号控制液压系统的电磁阀通断情况，伸缩液压缸。同时，还行在车房内安装显示电脑，WinCC构建上位机的HMI，保证PLC与MPI的相互连接，确保动态监测副立井操车设备的实际运行情况。在工作模式方面，操车系统设置手动与检修两种系统，其中在采用手动方式时，工作人员打开操车的设备按钮，以后根据程序实际情况判断程序的闭锁情况，保证启动动作的完成。检修模式更多集中处理故障问题，工作人员主要通过操作台独立操作操车设备，确定设备的运行状态，以便及时发现故障并解决。副立井操车系统结构如图1所示。

图1 副井操车控制系统结构

车房显示计算机、车房语音报警系统以及矿用电话都属于车房的组成部分，在显示屏中，工作人员可以直观了解操车系统各个设备的运行状态，实时监控操车系统。井口操作台、矿用电话、井口语音报警箱、位置传感器以及操车电磁阀等均属于井上的组成部分，其中井口操作台面板安装各种可以控制操车运行状态的按钮，保证工作人员实时了解操车的运行状态。同时，工作人员将操车PLC 设备安装于操作平台内部，当PlC 系统接受输入信号后，PLC 系统会转换信号，根据设定的闭锁关系处理，之后为电磁阀输入控制信号，利用特殊的机构操作操车。期间必须符合闭锁关系，以保证程序有效输出控制信号，电磁阀正常运行。井下系统运行中，与井上系统类似。

3 系统控制方案

副立井操车系统应在井口与井底安装PLC 设备，通过接受操车的运行控制信号保证系统的正常运转。其中井口操车接收位置与车房信号，控制设备运行，而井底操车接受设备的位置信号，保证井底设备的正常运行。在设计系统控制方案时，一是确定CPU 模块，设定操车的运行步数，一般不会超过150 步，内存较小，可以选用CPU312。二是确定D/I 模块，副立井输入点数为51点，输出为32点，运行期间应预留一定的点数使用量，因此可以选用57-300系列的16点数字量输入模块系统。井口与井下同样使用2块SM321，保证足够预留量。三是电源模块，电源应使用120/230 V的交流电，利用背板总线为D/I模块与CPU模块输出额定电压，保证煤矿具备220 V的交流电，满足电源的使用要求。

4 系统控制过程

推车机、摇台、前阻车器、后阻车器以及液压系统均属于副立井操车系统的组成部分，在运行期间，工作人员应根据既定顺序进行控制，保证设备正常运行，包括手动控制与检修两种模式。

4.1 手动控制

在手动控制模式下，工作人员应利用操作台按钮控制操车动作，严格按照程序进行操作。同时还应设定程序闭锁功能，避免按错按钮。在罐笼到位后，摇台落下，之后返回推车机，升起前阻车器与摇台，安全门关闭后开车，运行罐笼，具体操作流程如图2所示。

图2 手动方式操车流程

4.2 检修控制

工作人员检修期间应严格检查罐笼位置的准确性，保证前阻车器、后阻车器以及安全门等设备的独立安全运行。在检修模式下，操车无法发挥闭锁功能，工作人员可以通过操作台按钮实现设备返回，在操作台画面显示设备运行的指示信号，观察设备是否正常运行。

5 操车闭锁关系

电气控制、液压部分以及机械部分均属于副立井操车系统的重要组成因素，设计期间应保证利用PLC 实现设备的闭锁关系。

一是井口前阻车器、后阻车器以及安全门的闭锁关系，在手动启动模式下，应在落下后阻车器时保证前阻车器升起。且在落下前阻车器时，也应升起后阻车器，打开安全门。二是井口安全门与北门打点闭锁关系，打点室看不到出车侧是否已经出车完毕或出人，此时应向操车发送信号，在得到通知后才可以关闭井口安全门。三是井口安全门开启与罐笼到位的闭锁关系，当罐笼未到位便打开安全门，也无法顺利进出罐笼，为工作人员带来了安全隐患。对此应设置井口安全门与罐笼到位的闭锁关系，确保系统运行，提高安全性。

6 结束语

煤矿副立井操车系统改变了以往继电器与集成电路控制系统的运行模式，采用了PLC 技术，确保了系统维护的简易性，可以更好地处理操车设备运行中的各种故障，保证综合控制操车设备，提高了系统运行的可靠性。同时，操车系统还增加了具备显示运行状态与语音警示的显示板，可以进行数字显示，准确监测操车系统的运行模式。经过现场调试，煤矿副立井操车系统可以满足煤矿安全规程的基本要求，保证了运行的稳定性，提高了煤矿的安全生产水平。