浅谈煤矿地面生产系统电控设计

张俊生

（煤炭工业太原设计研究院，山西 太原 030001）

引言

煤矿地面生产系统是指原煤离开井口房至装车外运之间的输送、筛分、捡矸、储存、装车系列生产加工过程，生产车间一般包括筛分间、带式输送机栈桥、装车仓等，主要机械设备包括带式输送机、振动筛、卸料器、装车闸门等。

煤矿地面生产系统电控设计的内容包括系统所有用电设备的配电设计和系统的集中控制设计两部分，二者之间相互联系、相辅相成，各有各的工作重点。以下就结合笔者的设计经验，简单阐述了两部分设计重点及需要注意的一些问题。

1 配电设计

配电设计部分可按照用电负荷统计、配电电压等级的确定、配电系统设计、配电点的设置、配电设备的选型、电缆敷设六个步骤来完成。

1.1 用电负荷统计

根据工艺专业委托资料进行生产系统用电负荷统计，应按照分加工车间、分区域的方法进行统计，并制作详细、清晰的负荷统计表。因地面生产系统用电设备为环环相扣的生产线连锁设备，除个别辅助生产设备（如电动葫芦等）为短时负荷外，绝大部分设备均同时工作，故需用系数较大，笔者经验一般取0.8～0.9之间。

1.2 配电电压等级的确定

大中型矿井地面生产系统用电设备电压等级一般为380V，配电电压等级可为380V或10（6）kV，参考《工业与民用配电设计手册》，变压器二次侧母线算起的380V或10（6）kV配电线路电压损失允许值均为≤5%。根据负荷统计结果、结合煤矿地面总平面布置图及变电所设计，分别计算生产系统380V及10（6）kV配电线路电压损失，380V电源配电线路满足电压损失时，宜选用380V电源，否则，采用10（6）kV电源引入，车间内附设变电所配电。

1.3 配电系统设计

依据《煤炭工业矿井设计规范 GB 50215－2005》，地面生产系统为二级负荷，宜由两回线路供电，且接于不同的母线段，当条件不允许时，另一电源可引自其他配电点［1］。因此生产系统的双回380V或10（6）kV电源可引自同一变电所不同母线段或两个不同配电点，两回电源一用一热备，任一回电源故障时，另一回电源可自动投入。配电系统接线型式可为单母线或单母线分段，当采用10（6）kV电源引入时，车间变电所应为双电源双变压器、380V侧单母线（分段）型式。

1.4 配电点的设置

地面生产系统具有用电设备多、布置分散且个别设备功率较大的特点，因此配电点的设置是设计中值得深思熟虑的环节。

筛分间是用电设备较集中的加工车间，主要包括井口房至筛分间带式输送机、除铁器、振动筛、手选带式输送机等，生产系统集中配电点（包括车间变电所）宜设置在筛分间内。一些大型煤矿生产系统筛分工艺较复杂，设置两个筛分间，应根据负荷分布，将集中配电点（包括车间变电所）设置在处于负荷中心、且靠近大功率负荷的一个筛分间内，另一筛分间根据需求可设小的配电室，单回电源引自集中配电点即可。

装车仓（块煤仓、末煤仓、矸石仓等）是生产系统的另一重要加工车间，设备一般分仓上、仓下布置，仓上设备主要包括上仓带式输送机、卸料器或配仓带式输送机等，仓下设备主要是装车闸门等，仓上仓下设备相互独立，且电缆敷设不便，因此宜在仓上、仓下分设独立挂墙式配电箱供电，仓上用电设备较多、功率较大时，可在仓上设置独立配电室供电，仓上、仓下挂墙式配电箱（独立配电室）单回电源均引自集中配电点即可。上仓带式输送机功率较大时，宜由集中配电室直接供电。

带式输送机栈桥内一般没有用电设备，不设配电点。生产系统如有转载站，卸载站等辅助车间，视为负荷容量及距离集中配电点距离，确定由集中配电点直供或设置挂墙式配电箱供电。

配电点设置确定后，根据需求委托土建专业资料。

1.5 配电设备的选型

地面生产系统为原煤运输、加工、储存的车间，有煤尘爆炸危险，根据《煤炭工业矿井设计规范GB 50215－2005》需选用防爆型电气设备。附设在筛分间或装车仓上与生产车间相对独立、封闭的配电室内，无须选用防爆设备，其余设置在车间内的挂墙式配电箱均须选用防爆设备。地面生产系统内电缆均应选用阻燃或防爆型。

1.6 电缆敷设

电缆敷设为地面生产系统配电设计的最后阶段，按照土建专业返回的各生产车间建筑资料，采用室内电缆沟、电缆桥架、电缆支架、穿管暗敷等多种敷设方式完成系统内所有电缆的敷设，并制作详细、清晰的电缆联系表。值得一提的是，车间内穿过楼板引上、引下的电缆截面较大、数量较多时，应委托土建专业预留洞资料。

2 集中控制设计

集中控制设计部分可按照工艺流程剖析、控制方式的确定、控制设备选择、控制系统软件设计、控制系统接线、控制电缆敷设六个步骤来完成。

2.1 工艺流程剖析

根据工艺专业委托资料设计出清晰、形象的煤流系统图，通过分析煤流系统图确定生产系统的工艺流程、流程内参与集控的用电设备、设备之间的闭锁关系。装车仓下闸门等设备一般不参与集中控制。

2.2 控制方式的确定

地面生产系统一般采用集中联锁和就地解锁相结合的控制方式。集中联锁控制方式用于系统的正常工作，系统内参与集控设备间依据煤流方向相互闭锁，由设置在集中控制室的控制主机（或控制台）监测控制系统的起、停及行状况；就地解锁控制方式用于系统内设备的维护及检修，系统内各设备间闭锁关系解除，由设置在设备附近（就地）的控制箱上的控制按钮及信号灯检测控制设备的起、停及运行状况。

2.3 控制设备的选择

大、中型矿井地面生产系统工艺流程较复杂，参与集中控制设备较多，针对这些特点，一般采用可编程控制器（PLC）和监控微机（PC）来完成，并能和矿井调度系统联网监控。集中控制系统的主要软硬件设备包括：监控微机（PC）、PLC机柜、PLC输入输出模块、监控微机（PC）组态软件及编程软件等。

集中控制系统一般设置三台工控机，其中两台工控机作为监控主机（互为热备用），一台工控机负责报警及打印数据。另配置一台笔记本电脑并配备相应的网络适配器和通讯电缆，负责对控制程序进行在线修改、系统维护。调度网关、PLC控制主机安装在PLC机柜内，PLC机柜、PLC控制主机、监控主机之间通过网络实现通讯，通讯软件由自动化公司配套提供。PLC机柜、监控主机和打印机均安装在集中控制室内。

2.4 控制系统软件设计

根据工艺流程、控制方式及控制设备设计出完善的控制原理图，包括控制程序功能、监控显示功能以及故障报警功能。

控制程序功能要求实现集中联锁控制和就地解锁控制两种操作方式，两种操作方式的转换在控制系统的监控主机上完成，集中联锁控制方式参与集控设备起、停时相互闭锁，系统的控制程序由系统集成商利用配套的编程软件根据工艺设备逻辑控制要求现场编制。

监控显示功能要求监控机上能够实时、准确、形象、动态地显示各工艺设备运行、停止、故障及其它状态信号和供电系统主要开关的位置信号。在各个煤仓分别设置料位计，监控机上可形象的显示各煤仓的煤位、煤量。

故障报警功能要求监控机上可详尽的显示所有故障信号的状态，当故障信号动作后可通过后台监控机发出声光报警信号并打印出故障回路及类型。

集中控制系统的程序由系统集成商按照控制原理图利用配套的编程软件编制并现场调试。

2.5 控制系统接线

集中控制系统的接线分为内部接线和系统接线（外部接线）两部分。内部接线是指各电控设备为实现本设备控制、信号显示等功能，在内部元器件之间的接线，通常由相应设备厂家根据其控制原理图来完成；系统接线是指控制系统各设备之间为实现集控、监控及报警等功能相互之间的接线，通常由系统集成商根据各设备厂家提供设计资料，综合系统控制原理来完成。

2.6 控制电缆敷设

控制电缆敷设的方法可参照动力电缆的敷设方法，并遵循以下原则：同一设备的动力及控制电缆敷设方式及路径应尽量保持一致，同一路径敷设的动力、控制电缆宜敷设在不同桥架（支架）上，且动力电缆敷设在控制电缆上方，净距不应小于150mm。控制电缆的敷设也应制作详细、清晰的电缆联系表。

3 结语

煤矿地面生产系统电控设计是一门包含内容较为丰富的学科，此项工作要求设计人员首先应对工艺生产流程非常清楚，在此基础上结合配电及集中控制设计的能力，对整个系统的配电及集控功能做出完善、先进、便于现场生产需求的优秀设计。

［1］ 中国航空工业规划设计研究院组编.工业与民用供配电设计手册（第三版）［M］.北京：中国电力出版社出版，2005.

［2］ 中国煤炭建设协会.GB 50215－2005煤炭工业矿井设计规范［M］.北京：中国计划出版社，2005.