現(xiàn)代化水平自動(dòng)化技術(shù)提升礦山設(shè)備
近幾年來，兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司及其下屬各礦（廠）針對(duì)礦山地面和井下運(yùn)輸、通風(fēng)、提升、選礦、電力和供水等各種設(shè)備在運(yùn)行實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了認(rèn)真分析和歸納，總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，根據(jù)已有的適用新技術(shù)制定了自動(dòng)化改造方案并且進(jìn)行了實(shí)施，同時(shí)還取得了一批研究成果，有效地保障了設(shè)備的安全、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，對(duì)于國(guó)內(nèi)同行具有很好的參考價(jià)值。
1 風(fēng)葉自動(dòng)調(diào)整裝置的微控制器系統(tǒng)
礦山井下需要反風(fēng)或者調(diào)整通風(fēng)量的大小時(shí)，必須調(diào)整主扇風(fēng)機(jī)風(fēng)葉的角度才能實(shí)現(xiàn)。人工調(diào)整風(fēng)葉存在費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、定位不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。為了滿足煤礦安全規(guī)程規(guī)定的要求，兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦開發(fā)出了自動(dòng)反風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)葉自動(dòng)調(diào)整裝置是其中關(guān)鍵設(shè)備之一，如何實(shí)現(xiàn)該裝置自動(dòng)控制是設(shè)備的重要內(nèi)容。風(fēng)葉自動(dòng)調(diào)整裝置是一套以液壓泵站為核心的機(jī)械運(yùn)行機(jī)構(gòu)，通過液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)調(diào)整桿前進(jìn)、后退、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)來調(diào)整風(fēng)葉位置。該裝置的微控制器根據(jù)鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，通過控制液壓系統(tǒng)中不同電磁閥的通、斷調(diào)整風(fēng)葉到達(dá)預(yù)定位置。
其工作原理如下：用小鍵盤輸入風(fēng)葉要調(diào)整的預(yù)定位置角度值，控制器通過角度編碼器讀取風(fēng)葉當(dāng)前位置角度值，兩數(shù)值比較后確定調(diào)整桿的運(yùn)行方向，控制器輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電磁閥執(zhí)行風(fēng)葉調(diào)整動(dòng)作。調(diào)整過程中控制器不斷讀取風(fēng)葉當(dāng)前位置角度值并與輸入值比較，兩數(shù)值相等即表明風(fēng)葉到達(dá)預(yù)定位置，調(diào)整桿退回。根據(jù)風(fēng)葉自動(dòng)調(diào)整裝置的功能要求，微處理器要處理的數(shù)據(jù)較多，控制功能需要在系統(tǒng)調(diào)試過程中根據(jù)具體要求作出相應(yīng)的變化。因此，他們?cè)诳刂破鬟x型中沒有選擇現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品，而是根據(jù)系統(tǒng)的功能要求用單片機(jī)自行開發(fā)適用的控制器以滿足系統(tǒng)的要求。此外，系統(tǒng)供電選用隔離變壓器用以屏蔽電源系統(tǒng)的高頻電源干擾；單片機(jī)系統(tǒng)的前向通道和后向通道均采用光電隔離技術(shù)用于隔離信號(hào)通道對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的干擾；在供電回路的交流端選用TVS電路用于抑制供電回路的瞬間高電壓。該裝置具有使風(fēng)葉調(diào)整迅速、停位準(zhǔn)確、節(jié)省人力等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)踐證明完全能夠達(dá)到《煤礦安全規(guī)程》的要求。
2 乘人裝置智能型電控系統(tǒng)
由兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司機(jī)械制修廠研制的利用串行通訊方式能夠在遠(yuǎn)方多功能控制乘人裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)，具有自動(dòng)程序控制、保護(hù)齊全、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在濟(jì)寧二號(hào)煤礦、興隆莊煤礦、鮑店煤礦等特大型煤礦成功地得到了應(yīng)用。濟(jì)二煤礦的整套乘人裝置安裝工況條件如下：混合巷道，濕度大，整體平運(yùn)趨勢(shì)且起伏較大，乘人裝置長(zhǎng)度1700m，沿線共設(shè)有6個(gè)分站點(diǎn)，控制的電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YB-37，額定電壓為660V，額定轉(zhuǎn)速為1000rpm。
乘人裝置智能型電控系統(tǒng)適用于礦山井下單一巷道、混合巷道、混合交叉巷道等的乘人裝置控制。該系統(tǒng)主要是由磁力啟動(dòng)器、電控箱（主站）、分控箱（1～12個(gè)分站）及速度傳感器等組成的。其保護(hù)功能主要有以下6種：①打滑保護(hù)。系統(tǒng)發(fā)出起車信號(hào)后或乘人裝置運(yùn)行中發(fā)生阻礙時(shí)，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，如果主控制系統(tǒng)接不到速度反饋信號(hào)或速度低于規(guī)定值時(shí)（由程序而定），系統(tǒng)確認(rèn)為打滑故障，停車并顯示故障信息。②越位保護(hù)。當(dāng)運(yùn)乘人員到達(dá)乘人裝置兩端而沒有及時(shí)下車時(shí)，系統(tǒng)實(shí)行越位保護(hù)，停車并顯示故障信息，保障運(yùn)乘人員的人身安全。③脫繩保護(hù)。當(dāng)乘人裝置的鋼繩脫落時(shí)，系統(tǒng)實(shí)行脫繩保護(hù)，停車并顯示故障信息。④絞車閉鎖。在混合巷道、混合交叉巷道使用中，絞車和乘人裝置之間互為閉鎖，保障運(yùn)乘人員的人身安全和運(yùn)料生產(chǎn)的正常進(jìn)行。⑤急停保護(hù)。當(dāng)乘人裝置發(fā)生意外事故時(shí)，可在乘人裝置沿線緊急停車，防止事故的發(fā)生和擴(kuò)大。磁力啟動(dòng)器不啟動(dòng)保護(hù)。系統(tǒng)發(fā)出起車信號(hào)后，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)磁力啟動(dòng)器沒有給系統(tǒng)反饋實(shí)際的啟動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，系統(tǒng)實(shí)行磁力啟動(dòng)器不啟動(dòng)保護(hù)。
3 西門子PLC在帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用
兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司機(jī)械制修廠根據(jù)煤礦井下運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況，選用西門子公司的S7-200CPU226可編程控制器對(duì)原有的電控系統(tǒng)進(jìn)行了自動(dòng)化改造，增加了新的功能。在濟(jì)寧市運(yùn)河煤礦的多年實(shí)踐表明，該系統(tǒng)可靠性高、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定，而且具有可擴(kuò)展性，為今后實(shí)現(xiàn)全礦井生產(chǎn)集中控制打下了良好的基礎(chǔ)。
其主要功能特點(diǎn)如下：
⑴控制功能。系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)/手動(dòng)兩種控制方式。微機(jī)控制箱上有正常起車、正常停車、緊急停車、故障復(fù)位等按鈕。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生緊急故障時(shí)，只有當(dāng)故障排除后按下故障復(fù)位按鈕才能重新起車。在自動(dòng)狀態(tài)下，按下電控裝置的正常起車按鈕，啟動(dòng)主電機(jī)，安裝在輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒下的速度傳感器發(fā)出脈沖信號(hào)，PLC內(nèi)部程序計(jì)算出輸送機(jī)速度和啟動(dòng)加速度。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的啟動(dòng)加速度與實(shí)際的加速度進(jìn)行比較，其差值經(jīng)過數(shù)據(jù)處理以后，控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)數(shù)字壓力閥控制油壓的大小，將啟動(dòng)加速度控制在設(shè)定值的范圍之內(nèi)。
⑵保護(hù)功能。①沿線故障保護(hù)。為了更及時(shí)判斷和處理故障，選用了故障地址識(shí)別裝置，可以將沿線閉鎖開關(guān)發(fā)來的跑偏、縱撕、閉鎖等故障及故障地址、停機(jī)信號(hào)進(jìn)行顯示和處理，并且將信號(hào)用無電位接點(diǎn)的形式并行輸出，供給PLC與其它控制裝置。②電機(jī)溫度保護(hù)。主電機(jī)定子繞組裝入熱電阻，變換成電流信號(hào)輸入模擬量輸入模塊，CPU226把它換算成電機(jī)溫度，和設(shè)定溫度比較，檢測(cè)到電機(jī)超溫即停車，轉(zhuǎn)故障處理。③電機(jī)電流保護(hù)。主電機(jī)電流經(jīng)過電流變送器輸出電流信號(hào)，輸入到數(shù)字輸入模塊，檢測(cè)出電機(jī)電流超過額定電流的時(shí)候就立即停車，轉(zhuǎn)入故障處理。
4 膠帶輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置研制成功
隨著井下長(zhǎng)距離膠帶輸送機(jī)的廣泛使用，膠帶的伸長(zhǎng)量亦急劇增加，常規(guī)的回柱絞車張緊裝置由于受到張緊距離和張緊力的限制而難以適應(yīng)500m以上膠帶的張緊要求。此外，長(zhǎng)距離膠帶輸送機(jī)的使用要求采用張緊力可調(diào)的張緊裝置，啟動(dòng)階段增大張緊力防止膠帶打滑、等速階段降低張緊力以維持膠帶機(jī)的正常運(yùn)行，但是利用傳統(tǒng)的回柱絞車張緊時(shí)不具備這種功能。為此，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研制出了YZL-100型膠帶輸送機(jī)自動(dòng)張緊裝置，在兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司興隆莊煤礦的使用中體現(xiàn)出了優(yōu)越的實(shí)用性能。
該裝置主要是由1個(gè)液壓站、1臺(tái)液壓張緊絞車、1個(gè)電控柜、1個(gè)壓力控制器和1個(gè)張力監(jiān)控裝置組成的。在“自動(dòng)”狀態(tài)下，點(diǎn)動(dòng)電控柜開關(guān)，給電控柜的可編程控制器供電，可編程控制器工作；液壓站工作，打開液壓張緊絞車制動(dòng)器，液壓張緊絞車張緊膠帶至膠帶啟動(dòng)時(shí)的張力；張緊完成以后，可編程控制器向控制臺(tái)發(fā)出開機(jī)信號(hào)，膠帶輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，可編程控制器接通掖控系統(tǒng)的電磁換向閥線圈，電磁換向閥換向，膠帶張緊力下降到勻速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的張力；膠帶輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，可編程控制器自動(dòng)停止液壓站的工作，并自動(dòng)制動(dòng)液壓絞車，保持膠帶張力。膠帶輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，如果張力降低到勻速運(yùn)轉(zhuǎn)所需張力的95%時(shí)，壓力控制器發(fā)出信號(hào)，通過可編程控制器再次啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，調(diào)整膠帶的張力；動(dòng)作完成以后，液壓站自動(dòng)停止工作并制動(dòng)液壓絞車。膠帶輸送機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)以后，點(diǎn)動(dòng)電控柜開關(guān)，可編程控制器停止工作，此時(shí)膠帶保持正常運(yùn)行時(shí)的張力不變。需要松膠帶時(shí)，將電控柜轉(zhuǎn)換開關(guān)換到“手動(dòng)‘位置，可通過操作液壓站內(nèi)的手動(dòng)換向閥控制絞車的轉(zhuǎn)向，完成膠帶的松弛。
