论文部分内容阅读
[摘 要]煤矿主提升机在提升煤炭期间，鉴于煤质的湿粘，以及参杂的大块煤矸石的影响，导致箕斗在卸载站偶有出现煤炭无法卸载完毕的情况，如不能及时被发现，箕斗在往复提升循环中，会导致类似二次装载情况的出现。本文将通过提升机箕斗的实际载重与提升机的提升电流进行数学模型的构建，借助西门子PLC技术，设计一套箕斗未卸净保护程序，有效解决煤矿主提升机箕斗未卸净对煤矿安全生产的影响。
[关键词]煤矿生产；主提升机；煤未卸净；PLC技术；
中图分类号：TD531.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）48-0079-01
【引言】煤矿立井提升系统，利用箕斗进行提升，卸煤方式为扇形门曲轨卸载。由于煤炭的潮湿、粘沾特性，或者一些其他原因，导致箕斗卸载会出现未卸净的情况，再次装载时就会出现超载装煤现象。而提升机的超载提升对提升机的机械及电气设备均会造成极大的损坏，甚至发生断绳等严重事故，箕斗煤未卸净保护就是为避免箕斗因此而造成超载而设计。在出现煤未卸净时报警，并将其提供给信号系统，闭锁提升机，这对提升机的安全运行有着极为重要的意义。
一、设计思路
1、现场数据分析
以某煤矿主提升为例，我们对提升机出现未卸净时的主要提升变化进行分析，如图所示，可得出以下结论：
（1）提升机的提升吨位与电流成正比，即每提升1吨的煤，电流值约为100A；
（2）提升机单勾提升，在另一勾出现存煤情况时，即出现未卸净时，提升机的运行电流变小，存煤的吨位与电流也成正比，即每存1吨煤，电流值减少100A；
（3）提升机目前所能够完成的提升量最大值为11吨，即1100A电流。（如表1）
（4）当箕斗出现未卸净时，假如存煤吨位在2吨以下，那么装卸载系统正常装煤，提升机提升的实际吨位低于11吨，提升机可以完成提升任务。
（5）当箕斗出现未卸净时，假如存煤吨位在2吨以上，那么假如装卸载系统正常装煤，提升机提升的实际吨位高于11吨，提升机不能够完成提升任务。
结论：提升机单勾提升时，箕斗存煤不能超过2吨，否者将无法完成提升。
2、二次装载的处理方案
（1）安排人员由副井下井，将箕斗内的煤从箕斗内扒出，此过程一般至少需要3小时；
（2）安排人员由副井下井，用葫芦将箕斗的扇形门拉开（约30cm），将多余的煤放入锅底，此过程一般至少需要2小时，因为将煤放入锅底后，要通过梯子间下至尾绳放框架，观察其是否受损等。
结论：一是时间较长，影响系统运行；二是人员操作带有较大危险性，特别是发生在中夜班时，处理更为不便。
3、煤未卸净保护设计理念
在提升机运行至匀速段的时采集了三个电流值：理论电流值、实际电流值、参考比较值。
理论电流值：箕斗装好煤以后，产生一个吨煤净重信号，提升机收到此信号后，在提升机匀速运行时，根据每吨煤重的电流值得出一个理论电流值：
理论电流值的计算（以每勾9吨为例）：每吨煤的电流值为100A，当箕斗运行至匀速段时，其理论电流值为：9吨×100A∕吨=900A
实际电流值：当提升机运行至匀速段时，由提升机采集的一个实际电流值。这个电流值的采集可以根据整流系统显示的电流得出。
电流参考比较值（动作电流值）：现在1#主井提升机每勾的满值为9吨，如果超载2吨，即11吨，根据提升机的实际提升能力（直流电机的额定负载），是可以正常将煤提上来的。但如果超过2吨，便会出现超载现象。所以我们以3吨的理论电流值为参考比较值。具体如下：参考比较值：2吨×100A∕吨=200A
当三个电流值满足以下关系时，提升机便会紧急停车并报“煤未卸尽”故障，同时将故障信号传递给装载系统。三者之间的关系：实际电流值-理论电流值>参考比较值
提升机出现“煤未卸尽”故障后，司机可以复位并手动将本勾提上来，由于装载已接收到故障信号，所以当本勾提上来，箕斗下到位时，定量斗不会给箕斗装煤。只有再走一勾空勾，即将未卸掉的那部分煤提上来卸尽，另一箕斗下到位的情况下，箕斗才能装煤，从而避免重复装载造成超载现象。
二、煤未卸净保护系统原理
1、箕斗提升净重的获取与输出
（1）信号系统通过压磁称重仪取得定量斗的实际载重，并在装载完成后取得箕斗的装煤吨位的净重值，保存为MD数据；
（2）将此MD数据通过PLC的模拟量输出模块以电压信号的形式输出给提升机主控PLC。
2、箕斗提升净重的输入与处理
（1）主控系统PLC将箕斗净重的模拟量输入值与提升机的实时电流值做差，并将此差值赋值给MW数据。
（2）提升机处于提煤工况，且箕斗运行至等速段阶段时，将此MD数据与参考电流值200A进行比较：当前者大于后者时，提升机判断箕斗出现未卸净。
（3）提升机主控将出现二类故障，报警减速停车，并在主控WINCC界面中报“箕斗未卸净故障”。
（4）提升机主控将此未卸净信号以数字量输出的方式供给信号PLC系统，此时信号系统将将闭锁未卸净箕斗的装载，即箕斗到位后提升机不可进行装煤控制，需要提升机空运行一个循环，将判断为未卸净箕斗再次进行卸载，系统才嫩恢复正常，从而有效的避免的箕斗的二次装载事故的发生。
三、保护程序设计特点
1、设计理念在全国煤炭行业中应属首例，判断精确、保护可靠；
2、设计通过现有硬件设施完成，不需要另外增加硬件上的投资；
3、程序设计的优点：
（1）可以将未卸尽的煤进行第二次卸载；
（2）可以组织人员处理掉未卸尽的煤，避免箕斗超载。
4、其他情况的假“未卸尽”：
（1）、装载压磁毁坏。当压磁损坏时，绞车的吨位信号不准确，有可能满足“实际电流值-理论电流值>参考比较值”，造成未卸尽保护动作。我们通过观察就可以确定是假“未卸尽”，但是却发现了压磁损坏的故障。
（2）、绞车在提升过程中，钢丝绳或箕斗被其他物体绊住，造成提升电流增大，也会满足“实际电流值-理论电流值>参考比较值”，实现保护动作，从而达到对提升设备的保护。
四、结语
1、保护的投入，从根本上对粘煤或其他原因造成的煤卸不尽现象起到了很好保护，避免了重复装载和超载，确保了煤矿的安全生产，由此产生了较高的安全效益。。
2、这种由PLC通过比较电流判别是否未卸净的方式，在某些状况下由于电流的波動性，可能会出现误报的情况，但这并不影响安全生产。
3、项目设计理念新颖，技术先进；在国内同行业中处于领先地位，具有很强的实用性和推广价值。
参考文献
[1] 国家安全监管总局.煤矿安全规程[Z].2011.
[2] 秦强，吴焱明，赵韩.箕斗卸煤过程分析与卸载时间预测[J].煤炭科学技术.2006.
[3] 刘华波.西门子S7300/400PLC编程与应用[M].2011.
[关键词]煤矿生产；主提升机；煤未卸净；PLC技术；
中图分类号：TD531.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）48-0079-01
【引言】煤矿立井提升系统，利用箕斗进行提升，卸煤方式为扇形门曲轨卸载。由于煤炭的潮湿、粘沾特性，或者一些其他原因，导致箕斗卸载会出现未卸净的情况，再次装载时就会出现超载装煤现象。而提升机的超载提升对提升机的机械及电气设备均会造成极大的损坏，甚至发生断绳等严重事故，箕斗煤未卸净保护就是为避免箕斗因此而造成超载而设计。在出现煤未卸净时报警，并将其提供给信号系统，闭锁提升机，这对提升机的安全运行有着极为重要的意义。
一、设计思路
1、现场数据分析
以某煤矿主提升为例，我们对提升机出现未卸净时的主要提升变化进行分析，如图所示，可得出以下结论：
（1）提升机的提升吨位与电流成正比，即每提升1吨的煤，电流值约为100A；
（2）提升机单勾提升，在另一勾出现存煤情况时，即出现未卸净时，提升机的运行电流变小，存煤的吨位与电流也成正比，即每存1吨煤，电流值减少100A；
（3）提升机目前所能够完成的提升量最大值为11吨，即1100A电流。（如表1）
（4）当箕斗出现未卸净时，假如存煤吨位在2吨以下，那么装卸载系统正常装煤，提升机提升的实际吨位低于11吨，提升机可以完成提升任务。
（5）当箕斗出现未卸净时，假如存煤吨位在2吨以上，那么假如装卸载系统正常装煤，提升机提升的实际吨位高于11吨，提升机不能够完成提升任务。
结论：提升机单勾提升时，箕斗存煤不能超过2吨，否者将无法完成提升。
2、二次装载的处理方案
（1）安排人员由副井下井，将箕斗内的煤从箕斗内扒出，此过程一般至少需要3小时；
（2）安排人员由副井下井，用葫芦将箕斗的扇形门拉开（约30cm），将多余的煤放入锅底，此过程一般至少需要2小时，因为将煤放入锅底后，要通过梯子间下至尾绳放框架，观察其是否受损等。
结论：一是时间较长，影响系统运行；二是人员操作带有较大危险性，特别是发生在中夜班时，处理更为不便。
3、煤未卸净保护设计理念
在提升机运行至匀速段的时采集了三个电流值：理论电流值、实际电流值、参考比较值。
理论电流值：箕斗装好煤以后，产生一个吨煤净重信号，提升机收到此信号后，在提升机匀速运行时，根据每吨煤重的电流值得出一个理论电流值：
理论电流值的计算（以每勾9吨为例）：每吨煤的电流值为100A，当箕斗运行至匀速段时，其理论电流值为：9吨×100A∕吨=900A
实际电流值：当提升机运行至匀速段时，由提升机采集的一个实际电流值。这个电流值的采集可以根据整流系统显示的电流得出。
电流参考比较值（动作电流值）：现在1#主井提升机每勾的满值为9吨，如果超载2吨，即11吨，根据提升机的实际提升能力（直流电机的额定负载），是可以正常将煤提上来的。但如果超过2吨，便会出现超载现象。所以我们以3吨的理论电流值为参考比较值。具体如下：参考比较值：2吨×100A∕吨=200A
当三个电流值满足以下关系时，提升机便会紧急停车并报“煤未卸尽”故障，同时将故障信号传递给装载系统。三者之间的关系：实际电流值-理论电流值>参考比较值
提升机出现“煤未卸尽”故障后，司机可以复位并手动将本勾提上来，由于装载已接收到故障信号，所以当本勾提上来，箕斗下到位时，定量斗不会给箕斗装煤。只有再走一勾空勾，即将未卸掉的那部分煤提上来卸尽，另一箕斗下到位的情况下，箕斗才能装煤，从而避免重复装载造成超载现象。
二、煤未卸净保护系统原理
1、箕斗提升净重的获取与输出
（1）信号系统通过压磁称重仪取得定量斗的实际载重，并在装载完成后取得箕斗的装煤吨位的净重值，保存为MD数据；
（2）将此MD数据通过PLC的模拟量输出模块以电压信号的形式输出给提升机主控PLC。
2、箕斗提升净重的输入与处理
（1）主控系统PLC将箕斗净重的模拟量输入值与提升机的实时电流值做差，并将此差值赋值给MW数据。
（2）提升机处于提煤工况，且箕斗运行至等速段阶段时，将此MD数据与参考电流值200A进行比较：当前者大于后者时，提升机判断箕斗出现未卸净。
（3）提升机主控将出现二类故障，报警减速停车，并在主控WINCC界面中报“箕斗未卸净故障”。
（4）提升机主控将此未卸净信号以数字量输出的方式供给信号PLC系统，此时信号系统将将闭锁未卸净箕斗的装载，即箕斗到位后提升机不可进行装煤控制，需要提升机空运行一个循环，将判断为未卸净箕斗再次进行卸载，系统才嫩恢复正常，从而有效的避免的箕斗的二次装载事故的发生。
三、保护程序设计特点
1、设计理念在全国煤炭行业中应属首例，判断精确、保护可靠；
2、设计通过现有硬件设施完成，不需要另外增加硬件上的投资；
3、程序设计的优点：
（1）可以将未卸尽的煤进行第二次卸载；
（2）可以组织人员处理掉未卸尽的煤，避免箕斗超载。
4、其他情况的假“未卸尽”：
（1）、装载压磁毁坏。当压磁损坏时，绞车的吨位信号不准确，有可能满足“实际电流值-理论电流值>参考比较值”，造成未卸尽保护动作。我们通过观察就可以确定是假“未卸尽”，但是却发现了压磁损坏的故障。
（2）、绞车在提升过程中，钢丝绳或箕斗被其他物体绊住，造成提升电流增大，也会满足“实际电流值-理论电流值>参考比较值”，实现保护动作，从而达到对提升设备的保护。
四、结语
1、保护的投入，从根本上对粘煤或其他原因造成的煤卸不尽现象起到了很好保护，避免了重复装载和超载，确保了煤矿的安全生产，由此产生了较高的安全效益。。
2、这种由PLC通过比较电流判别是否未卸净的方式，在某些状况下由于电流的波動性，可能会出现误报的情况，但这并不影响安全生产。
3、项目设计理念新颖，技术先进；在国内同行业中处于领先地位，具有很强的实用性和推广价值。
参考文献
[1] 国家安全监管总局.煤矿安全规程[Z].2011.
[2] 秦强，吴焱明，赵韩.箕斗卸煤过程分析与卸载时间预测[J].煤炭科学技术.2006.
[3] 刘华波.西门子S7300/400PLC编程与应用[M].2011.