煤矿掘进工作面三专两闭锁电气控制的PLC控制改造

郭刚 (山西大同大学煤炭工程学院，山西大同 03700)3 摘 要:煤矿井下掘进工作面实“行三专两闭锁”是防止瓦斯事故发生的重要技术措施，它涉及供电、通风、 监 控三方面。目前煤矿三专两闭锁电气控制系统应用继电保护控制，由于继电控制系统元器件多、接线量大、故障 “” 率高、系统工作可靠度较低，为解决现场实际需求，文章研究用 PLC 改造继电控制系统，以提高系统工作的可靠 程度，进而确保煤矿安全生产。 关键词:煤矿井下;掘进工作面;三专两闭锁;电气控制改造 中图分类号: TD68 文献标识码: A 为有效预防煤矿井下掘进工作面因停电、停风1.2 风 - 电闭锁控制原理 而造成的瓦斯爆炸、瓦斯窒息等事故的发生,《煤矿 风-电闭锁, 是指控制通风机的启起动器与控制 安全规程》对不同瓦斯等级矿井安装使用“三专两 掘进机的启动器进行联锁控制, 来实现先给通风机供 闭锁”和双风机双电源作出了专门规定, 以保障供 电, 然后才能给掘进机供电的方式。风机停转时, 掘进 电的稳定、可靠性和作业人员的安全性。实行三 机工作面的电源同时被切断，其控制原理，见图 2。 “ 专两闭锁是防止瓦斯事故发生的重要技术措施, 风-电闭锁原理, 是把控制通风机磁力启动器 ” 它涉及供电、通风、监控三方面。 QC83-80 中的辅助常开接点 KM, 通过控制电缆串 3 联在控制掘进机磁力启动器 QC83-120 的启动控制 1 掘进工作面三专两闭锁 回路中, 只有通风机启动运转后, QC8380 启动器 -1.1 三专供电系统 的辅助常开接点 KM闭合, 控制 掘进机的 QC83- 3 直接由采120 启动器才能接通, 使接触器吸合, 给掘进机供 每个掘进工作面的局部通风机供电, 电 。如 果 通 风 机 停 转 , QC83 -80 的 辅 助 常 开 接 点 区变电所采用专用变压器、专用开关和专用电缆向 局部通风机 供电, 以防其 他电气设备 的用电干扰 , KM3 断开 QC83-120 的控制回路, 使掘进机断电。 1.3 瓦斯 - 电闭锁控制原理 确保局部通风机的连续正常供电。三专两闭锁供电 瓦斯-电闭锁, 是当掘进巷瓦斯超限时, 自动切断 系统，见图 1。 给掘进机供电的高压电源，其控制原理，见图 3。 瓦斯-电闭锁原理, 是由瓦斯(CH)探头测得掘 4 进工作面 (巷) 的 CH含量信号送给监控分站, 当 4 CH超限, 即 CH浓度达到 1.5%时, 监控分站内继 4 4 电器常开接点 K闭合, 接通断电仪电路, 其内部继 1 电器接点 K闭合, 接通了给掘进机供电变压器的高 2 压开关脱扣线圈 TA 电路, 使高压开关跳闸。切断了 掘进工作面电气设备的电源, 实现了瓦斯电闭锁。 - 2 煤矿实际用 KSGJ Y型综掘专用移动 变电站实现三专两闭锁 煤矿井下综掘设备的供电是由 KSGJY型 移动 图 1 三专两闭锁电气系统图 收稿日期:2012)10) 20 郭刚:煤矿掘进工作面三专两闭锁电气控制的 PLC 控制改造 2013年 71 ?? 图 2 两台开关实现风电闭锁原理图 变电站来实现的，其供电系统电路，见图 4。10 向掘进工作面用电设备供电。 2.1 局部通风机的启动过程 1)给风机供电的动力电缆未发生漏电, JJKB30 检漏继电器的常开接点闭合; 2)电机综合保护器 ABD 正常, 其常开接点闭合; 3)工作面和工作面回风流中瓦斯不超限, T和 2 图 3 瓦斯 - 电闭锁原理图 T的常闭接点闭合; 局部通风机入风侧瓦斯浓度不 3 KSGJY型 移动变电 站由专用高 压真空配电 箱超限, T常闭接点闭合; 1 17 供电, 经三相变压器 B 降 压后, 再经 接触器 1K 4)当 T处瓦斯不超限时, 瓦斯断电仪 S使时间 1 CH4 和电缆 9 向局部通风机供电; 经接触器 2K 和电缆 继电器 KT吸合, 其常开接点 KT延时 0 :60 s闭 合; 1 1 v 图 4 KS GJ Y 系列综掘专用移动变电站供电系统 图中:1-KSGJY 型移动变电站高压负荷开关; 2-移动变电站三绕组干式变压器; 3移动变电站低压馈电组合开关, 供掘进 - 工作面动力电源开关; 4-移动变电站低压馈电组合开关, 供局部通风机电源开关; 5-移动变电站低压侧, JJ30检漏继电器 ; 6移 -动变电站低压侧综合保护器; 7移动变电站低压侧延时继电器 KT, 延时 0 :600 s;8 移动变电站低压侧延时继电器 KT,延时 --120 :600 s;9 -通风机专用电源电缆; 10-掘进工作面专用动力电缆; 11-局部通风机; 12-工作面瓦斯检测传感器(T3); 13-回风流 瓦斯检测传感器(T2); 14-局部通风机进风瓦斯检测传感器(T); 15-瓦斯检测仪(S); 16-专用高压电缆; 17-专用高压开关; 18- 1CH4 信号喇叭; 19-JJ30检漏继电器辅助接地极 ; 20-远方操作电源 ?72? 2013年 山西大同大学学报(自然科学版) 5) 按下移动变电站低压侧局部通风机接触器作面进风侧甲烷(CH)传感器 T1 监测的甲烷(CH) 44启动按钮 ST?接触器 1K 浓度大于 0.5%, T接点断开, 风机接触器 1K 释放, 1 吸合? 风机停机, 并使整个掘进工作面全部停电, 由主通 主触头闭合, 局部通风机起动并运行;风系统吹散或稀释 超限的甲烷(CH)浓度, 待入风 4 辅助接点 1K 闭合, 自保; 侧甲烷(CH)浓度低于 0.5%时, 才能重新启动局部 4 KT2 延时 0- 辅助接点 1K 闭合, 时间继电器 通风机, 恢复正常生产, 完成瓦斯-电闭锁控制。 600 s吸合 , 为掘进工作面供电准备。 对煤矿实际用三专两闭锁电气控制3 时间继电器 KT延时可调范围为 0 :600 s,即 2 系统进行 PLC 改造 掘进工作面供电时间视通风机风筒长度而确定,也 煤矿实际用三专两闭锁由于采用继电器控制, 就是说, 局部通风机启动后, 向综掘工作面送动力 元器件数量多, 接线量大, 故障率高, 系统工作安全电源的滞后时间由 KT决定。局部通风机启动后, 2 便可向掘进工作面供电。 系数较低, 使煤矿掘进系统工作不稳定, 为了提高 2.2 向掘进工作面供电 掘进工作面三专两闭锁电气控制系统的可靠性、安 向综掘工作由图 4 中控制回路逻辑关系可知,全性, 确保掘进系统工作安全, 提出用 PLC 对目前 面供电的低压开关 2K 合闸的条件为: 实际用三专两闭锁控制系统进行改造。 3.1 P LC 控制过程 1) 首 先 局 部 通 风 机 运 转 送 风 , 即 1K 回 路 接 通。其辅助接点 1K 闭合,时间继电器 KT延时吸合, 掘进工作面进风侧甲烷传感器 T监测的甲烷 2 1 其接点延时闭合; 浓度不大于 0.5%, X5 吸合, T0 延时 0 :60 s 吸合, 局部通风机 供电系统绝 缘正常则 1JJKB30常 开 接 2)工作面和工作面回风流中瓦斯不超限, 即瓦 点闭合; X10 吸合,局部通风机电动机无故障则综保 斯检测传感器 T和 T的常闭接点闭合; 2 3 3) 给掘进工作面供电的动力电缆未发生漏电, ABD1 常开接点闭合;X12 吸合,按局部通风机启动 JJKB30检 漏继电器常开接点闭合; 按钮 ST1,X1 吸合, Y1 吸合, 1K 吸合, 局部通风机 电动机得电启动运行。Y1 自保启动按钮 ST1及 X1, 4) 电机综合保护器 ABD 正常运行, 其常开接 点闭合; 同时, Y1 使 T2 延时 0 :600 s 吸合, 为掘进机启动 作准备。待掘进工作面风流形成(根据实际情况决定 5)按下移动变电站低压侧向掘进工作面供电的 延时时间), 若掘进工作面回风侧甲烷传感器 T2 监 启动按钮 ST?接触器 2K 吸合? 测的甲烷浓度不大于 1.0%, X6 吸合;掘进工作面 主触头闭合, 向掘进工作面供电 辅助接点 2K 闭合, 自保 甲烷传感器 T3 监测的甲烷浓度不大于 1.5%, X7 吸 2.3 风 - 电闭锁合;掘进机供电系统绝缘正常则 2JJKB30常开接 点 闭合; X11 吸合, 掘进机电动机无故障则综保 ABD2 如果按下风机停止按钮 STP或由于故 障 原因 常开接点闭合;X13 吸合, 按掘进机启动按钮 ST2, 风机停止或风机进风侧瓦斯超限 T打开时, 风机接 1 X3 吸合, Y2 吸合, 2K 吸合, 掘进机电动机得电启动 触器 1K 释放, 风机停机。1K 控制的时间继电器 KT 2 即进行瞬时释放, 2K 断电释放,运行。停止掘进机时, 按压 STP2,则 X4 断开, Y2 释 掘进工作面停电, 风-电闭锁。 放, 2K 释放, 掘进机电动机失电停止运行。停止局 2.4 瓦斯 - 电闭锁 部通 风机时, 按压 STP1,则 X2 断 开 , Y1 释 放 , 1K 局部通风机不能将其吹释放, 局部通风机电动机失电停止运行。 如果瓦斯涌出量大时, 如果按下风机停止按钮 STP1或由于故 障原因 散或稀释, 则由瓦斯监控系统对掘进工作面的动力 风机停 止或风机进 风 侧 瓦 斯 超 限 T1 打 开 时 , PLC 电源实行闭锁。当掘进工作面瓦斯浓度达到 1%以 输出继电器 Y1 释放, 风机接触器 1K 释放, 风机停 上时, 瓦斯监控器发出报警信号; 当掘进工作面瓦 机。Y1 释放, Y2 失电释放, 掘进机接触器 2K 断电 斯浓度达到 1.5%以上时, T接点断开;当工作面回 2 释放, 掘进工作面停电, 即进行风电闭锁。 -风巷瓦斯浓度达到 1.0%时，T接点断开, 立即切断 3 3. 瓦斯 - 电闭锁 2掘进工作面动力电源, 防止电火花或机械火花引起 如果掘进工作面瓦斯涌出量大时, 局部通风机 瓦斯爆炸。但局部通风机控制回路中常闭接点 T， 2 不能将其吹散或稀释, 则对掘进工作面的动力电源 T打开, 由自保回路旁路, 风机继续运行。当掘进工 3 郭刚:煤矿掘进工作面三专两闭锁电气控制的 PLC控制改造 2013年 73 ?? 实行闭锁。当掘进工作面回风侧甲烷传感器 T监测Y2 也失电释放, 掘进机接触器 2K 断电释放, 掘进 2 的甲烷浓度大于 1.0%, 当掘进工作面甲烷传感器 T 机断电停止工作, 整个掘进工作面全部停电, 由主 3 监测的甲烷浓度大于 1.5%, T，T接点断开, PLC 输 通风系统吹散或稀释超限的甲烷浓度, 待入风侧甲 23 0.5%时, 才能重新启动局部通风机,恢 烷浓度低于 入继电器 X6, X7 接点断开, Y2 失电释放, 掘进机接 复正常生产, 完成瓦斯-电闭锁控制。 触器 2K 断电释放, 掘进机断电停止工作。但局部通 风机供电系统继续运行, 确保局部通风机继续工作 结论4 吹散或稀释超限的甲烷浓度, 保证安全生产。 用 PLC 对目前煤矿三专两闭锁控制系统进行 当掘进工作面进风侧甲烷传感器 T监测的甲 1 烷 浓 度 大 于 0.5%, PLC输 入 继 电 器 X5 接 点 断 开 , 改造，可以减少控制器件，减少维护工作量，降低 Y1 失电释放, 局部通风机接触器 1K 断电释放, 局 故障率，提高掘进工作面三专两闭锁电气控制系统 部通风机断电停止工作, 同时, 由于 Y1 失电释放, 的可靠性和安全性，确保掘进工作面的安全生产。 图 5 P LC 接线图及梯形图 图中，ST1 为局部通风机启动按钮;ST2 为掘进机启动按钮;STP1 为局部通风机停止按钮为掘进机停止按钮;STP2 ;T 1为掘进工作面进风侧甲烷传感器，其断电值 为0,5;,T为掘进工作面回风侧甲烷传感器，其断电值 为1,0;,T为掘进工作 2 3 面甲烷传感器，其断电值为 1,5;,1JJKB30 为局部通风机供电系统检漏继电器常开接点;2JJKB30为掘进机供电系统检漏继 电器常开接点;ABD1 为局部通风机电动机综保常开接点;ABD2 为掘进机电动机综保常开接点;为局部通风机供电系统1K 控制继电器;2K为掘进机供电系统控制继电器 (下转第 76 页) ?76? 2013年 山西大同大学学报(自然科学版) 封水的管理也应趋于细化、量化、集控化, 同时加泵的功效会事半功倍, 在新建厂的中, 更不能 强岗位工的现场巡查力度, 辅助集控管理。 我们完 忽视轴封水并入集控系统, 本文提到的优化方案, 也 全可以在轴封有不同要求的渣浆泵中安装不同的 只是为大家抛砖引玉而已, 相信会有更简洁、高效 轴封水系统, 虽然前期增加了投入, 但对提高渣浆 的轴封水控制系统出现。 参考文献 [1]中国煤炭加工利用协会. 选煤实用技术[M]. 徐州: 中国矿业大学出版社, 2008. 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(上接第 73 页) 参考文献 [1 国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局, 煤矿安全规程 [M]. 北京: 煤炭工业出版社, 2010, [2]顾永辉, 煤矿电工手册 [M]. 北京: 煤炭工业出版社, 2009, [3]王兆义. 可编程控制器教程[M]. 北京: 机械工业出版社, 2006, The Reform of ,Three Special)purpose DevicesTwo and Lockups , Electronic Control Systemat the Tunnelling Facein Coal Mines GUO Gang (School of Coal Engineerin, Shanxig Datong Universit, Datongy Shanx, 03700i)3 Abstract:At the tunnelling face of coal, , mineThreeSpecias l)purpos Devicese and Two Lockups, is an important measure toprevent gas accident from happening，which involves , power ventilation suppl andy supervision, Recentl, y relay protectionis applied in the ,Three Special)purpose DevicesLockups and, TwoElectronic Contro l System, Since the number of components of relay control system is big，the fault rateis high and the reliability of the issystem low , this paper suggests that the relay l systemcontro be reformed by PLC in order to raise the reliability of the system and ensure the safe production of coal mines, Key words:coalmine ,s tunnellingfac e, Three Special)purpose Devices and Two, reformLockup ofs electromic control 〔责任编辑 石白云〕