华宁控制系统在综采工作面的应用及改进

华宁控制系统在综采工作面的应用及改进

摘要：文章主要介绍了华宁（KTC101）通讯控制系统在综采工作面和顺槽皮带上的应用及存在的不足，并提出了改进方案，从系统可靠性、可维护性方面做了分析比较，对改进前后的使用情况做了总结，具有一定的借鉴意义。

关键词：综采工作面；控制；改进应用；可靠性

随着科学技术的飞速发展，煤矿机电设备在不断的更新换代，功能也在不断的完善和升级，各个设备之间的关系越来越复杂，自动化程度进一步提高，对集中控制系统提出了更高的要求。华宁（KTC101）通讯控制系统是一套用于井下皮带、三机、耦合器控制的典型产品，集成度高，灵活性和可扩展性好，在我矿使用两年以来，各方面性能优越，工作比较稳定。通过查阅相关资料，国内目前有200多个矿井都使用了此系统，目前很少有人做过针对此系统的现场使用情况的分析，作为一名用户方的技术人员，通过本文对华宁控制器在现场的使用情况作一研究总结，与广大同行朋友们进行交流，为系统的优化改进提供建议或意见。

1 应用背景及系统简介

张家峁矿是一座大型现代化矿井，设计生产能力为600万t/a，现有两个综采工作面正在回采，分别为15202工作面和14202工作面，均使用了华宁（KTC101）通讯控制系统。

华宁KTC101通讯控制系统采用的是嵌入式技术，上位机采用嵌入式计算机，并配有两个标准串口，串口通讯采用modbus通讯方式，可以与外界计算机或其他采用modbus通讯方式的设备配接实现信息共享。利用modbus通讯，可从组合开关、变频器上采集电机的工作电流并实时显示，通过各种传感器对电机温度、皮带速度、皮带张紧力、减速机油压、轴承温度、烟雾、纵撕、跑偏、堆煤、环境温度等各种工况进行检测，并在主控制器液晶屏上实时显示，根据设置需要实现报警或停车保护。

2 结构原理及改进方案

2.1 控制系统构成原理

以工作面三机控制系统为例，华宁KTC101通讯控制系统主要包括以下子模块：①KTC101-Z型主控制器。②KDW101型矿用隔爆兼本质安全型电源。输入电压AC 127V, 50 Hz，输出两组DC 5V、两组DC 12V、一组DC 18V, 总共五块带两级过压保护、两级过流保护的本质安全型电源模块。③系列组合扩音电话和急停闭锁开关。扩音电话是一种模块组合型产品，主要有语音通讯、打点、闭锁按钮、拉线急停、启停操作按扭和智能输入、输出等功能。④KJS101型本安输入输出。本安输入输出设备（也称“下位机”或“分站”）可以看作一个由主站KTC101-Z型主控制器和若干KJS101本安输入输出构成的集中加分布控制系统。

分站负责远程数据的采集、通讯，直接参与控制，在分站的配合下实现整个系统的扩展与延长。分站带有4-12路输出，4-12路开关量或模拟量输入。且分站不需设址，只要接入系统，控制器会自动识别，将离控制器最近的设置为1号下位机，然后从主控制器由近及远，依次设置为2-15号，从而实现集中-分布式控制。

⑤KFD101型多功能终端和七芯双屏蔽双护套强拉力阻燃电缆。系统原理框图如图1所示。

从图1可以看出，KTC101系统采用的是双总线结构。一条是内部总线，KTC101-Z主控制计算机（也称上位机）通过内部总线和各中位机模块相连，CS1通过外部总线和远端的下位机相连。采用模块化设计理念，在主控CPU的基础上将具有独立功能的控制部分分解为若干模块，各个模块相互独立，彼此完成不同的功能，构成一个集中/分布式智能控制系统。

KTC101控制系统在皮带上的应用除以上子模块外，还包括了各种传感器装置，它们通过IO模块或下位机将检测到的各种信号上传给主控制器，CPU根据各参数状态判断是否执行报警或停车指令。主要包括以下几种传感器：

①GSC-200/1000-SC型速度传感器。用作胶带输送机检测低速打滑、超速等保护。可对外提供200～1000 Hz的标准模拟量信号，对应皮带速度值0～6 m/s （模拟量），安装在底皮带并与其紧密接触。

②GWM-40-W型温度传感器。根据被测物体的温度高低来决定输出，是一种接触式传感器，其输出形式为开关量，当被测设备或环境温度大于45℃时，常开接点闭合，温度保护动作。

③GUD-330-D型堆煤传感器。用于两皮带搭接的机头处或溜煤眼处，当发生堆煤或仓位超限时，传感器动作一定的角度，输出点由闭合变成断开，系统报警停车，达到保护胶带的目的。

④GQL0.1-Y型烟雾传感器。用于煤矿井下检测和预报机械摩擦（如皮带机等）、电气设备引起的电缆起火和煤层自燃等原因引起的火灾事故。当经过探头的气体烟雾超标时，对外发出光电提示，并输出开关量信号（输出点由常开变成常闭）。

⑤GEJ-15-P型跑偏传感器。安装在皮带两侧，当皮带发生跑偏时，皮带触动万向活动杆使其动作，传感器向外输出开关量以保护皮带。在我矿15202顺槽皮带控制系统中，皮带主电机、减速机油泵电机、风扇电机等由唐山开诚PLC 控制柜进行控制，KTC101系统负责各保护参数的采集、本皮带与上下设备连锁信号的采集、沿线闭锁信号的采集等，经CPU处理后统一输出为停车报警信号，然后传输给唐山开诚PLC柜，实现皮带的各种保护。

2.2 改进及实施方案

15202顺槽皮带和工作面三机采用两套华宁KTC101通讯控制系统进行保护

控制，连锁信号通过皮带CS1沿线及下位机与工作面三机控制器通讯，系统配置如图2所示。当需要启动皮带时，操作人员按下华宁主控制器键盘上的“1”号键，控制器中设置好的“电机启动输出点（1）、（2）”分别将启动信号输出给唐山开诚PLC控制柜和CS1沿线最后一台下位机的1号输出点，然后在皮带机尾通过专用电缆将下位机上的皮带启动信号接到工作面三机控制器的启动就需输入点上，当三机控制器CPU检测到皮带启动信号（常开接点闭合）后，便将三机的启动状态改为“准备就绪”，三机才可在“集控”方式下启动，否则只能在“检修”或“点动”方式下启动。

由于顺槽皮带机尾随着工作面的回采不断向前推移，正常生产时每2～3 d 就需拉一次移变列车，移变列车上的三机主控制器也跟着向前移动，皮带CS1沿线的最后一台下位机与三机控制器间距离较长，连接的电缆每次都需要重新吊挂和接线，而且容易受损伤，既增加了工人的劳动强度又降低了系统的可靠性。经过现场考察和理论分析，并结合KTC101控制系统下位机的功能特点，我将工作面三机控制系统中马蒂尔处的扩音电话更换为带有输入输出的下位机，并与皮带CS1沿线的最后一台下位机共同固定在马蒂尔处外加的一块钢板上，然后用一根1m长的电缆将皮带下位机的1号输出点和三机控制系统下位机的2号输入点相连，并在三机控制器中将破碎机“启动就绪点设置为CS1.1.2”，这样三机控制器便可通过其CS1沿线下位机从皮带CS1沿线最后一台下位机1号输出口读取皮带启动信号，省略了三机控制器与皮带下位机间的专用电缆，改进后系统配置如图3所示。

3 结语

15202顺槽皮带和工作面三机控制系统的连锁信号传输方式经过改进后，电工在KTC101系统方面的检修维护工作量大大减轻，提高了工作效率。线路经过简化后，系统的稳定性也得到了大幅度提高，原先因为线路受损、干扰等问题出现的故障被完全消除。同时，线路简化也为安全质量标准化工作的开展提供了方便，移变列车后部的冗余电缆得到了彻底清理，电缆吊挂整齐度明显改善。总体来说，此方案简便易行，使用效果良好，在矿井安全生产中起到了积极的作用。

参考文献：

[1] 秦芳芳.综采工作面通讯控制系统[J].机械管理开发,2003,(3).