煤礦採煤工作面綜合控制系統的製作方法

2023-06-16 01:54:01

專利名稱：煤礦採煤工作面綜合控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及到煤礦採煤工作面(普採、高檔、綜採、綜放)使用的防爆型多功能綜合控制系統。採用有線/無線方式控制採煤工作面信號、採煤機、刮板運輸機。尤其是本實用新型中採煤工作面設備無線遙控操作技術應用，採煤工作面瓦斯實時監控系統，採煤機電動機、刮板運輸機電動機超溫實時監控系統的應用。
目前，煤礦採煤工作面使用的刮板運輸機操作方式，一是採用操作線把來自刮板運輸機真空起動器的控制迴路，經採煤工作面敷設到刮板運輸機頭，由刮板運輸機司機操作，二是採用集中控制方式在採煤工作面移動變電站由專人聽信號操作。以上兩種操作方式的弊端是在採煤工作面中突然發生事故時，採煤工作面工作人員無法及時停止刮板運輸機，由此可造成人身或機械事故。
目前，煤礦採煤工作面採煤機的控制方式，一是採用技術陳舊的動力線載波控制，二是採用價格昂貴的多芯動力電纜控制。在採煤工作面中採煤機司機在操作採煤機時，就需要時刻不能離開採煤機控制臺，在採煤工作面地質條件惡劣的情況下對採煤機司機的人身安全、設備安全就造成很大的威脅。
目前，煤礦採煤工作面瓦斯爆炸時有發生，人員傷亡慘重，究其原因是採煤工作面缺少有效的瓦斯實時監控，在出現瓦斯突出時不能及時停電、撤人。
目前，煤礦採煤工作面刮板輸送及採煤機配套電動機功率越來越大，設備昂貴，但對大功率電動機的超溫保護功能卻無法滿足實際生產需要，燒毀大功率電動機時有發生，既影響了生產時間又造成資金浪費。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是在煤礦(普採、高檔、綜採、綜放)採煤工作面刮板運輸機頭處設置防爆主控制箱。採煤工作面刮板運輸機尾處設置防爆副控制箱。在採煤工作面中每15米設置一個小型防爆輔助控制箱。在工作面採煤機控制臺中設置採煤機固定無線遙控發射機。採煤工作面現場管理人員及採煤機司機、刮板運輸機司機隨身配帶可攜式無線遙控器。所有控制箱均設有手控按鈕及遙控接收解碼電路，在採煤工作中形成一個鏈式接收控制系統，在工作面中可以採用有線、無線方式控制採煤工作面設備，一切盡在掌握之中，使採煤工作面達到現代化管理操作。
本實用新型有益的效果是，可以在煤礦採煤工作面中，使用有線、無線方式控制採煤工作面的信號，刮板運輸機，採煤機。設有採煤工作面瓦斯安全實時監測系統及設備安全實時監控系統。淘汰落後的採煤工作面採煤機載波控制方式及昂貴的多芯電纜控制方式，減少採煤工作面設備投資，提高採煤工作面安全生產管理水平。
以下結合附圖及示例對本實用新型工作原理進一步說明。


圖1是本實用新型在採煤工作面安裝示意圖圖2是本實用新型在採煤工作面系統接線圖圖3是本實用新型主控制箱電原理圖圖4是本實用新型副控制箱電原理圖圖5是本實用新型輔助控制箱電原理圖圖6是本實用新型採煤機固定遙控發射機原理圖圖7是本實用新型可攜式遙控發射機原理圖圖8是本實用新型遙控接收解碼電原理圖具體實施方式
在
圖1中1.主控制箱，2.副控制箱，3、4、5、X.輔助控制箱，6.遙控器，7.瓦斯傳感器，8.控制按鈕，9、10.刮板運輸機尾電動機溫度傳感器，11、12.刮板輸送機頭電動機溫度傳感器，13.採煤機固定發射機，14.設備供電站，15.移動變電站，16.工作面進風方向，17.運輸採煤機落煤面前刮板運輸機「A」，18.運輸放頂落煤面後刮板運輸機「B」，19.採煤機，20.運輸轉載機，21.運輸轉載機起動器，22.採煤機電動機溫度傳感器，23.工作面迴風方向，24、25.刮板運輸機尾電動機，26、27.刮板運輸機頭電動機，28.面後「B」刮板運輸機尾，29.面前「A」刮板運輸機尾，30.面後「B」刮板運輸機頭，31.面前「A」刮板運輸機頭，32.運輸轉載機頭，33.運輸轉載機配套電動機，34.主採煤層採煤方向，35.七芯控制線，36.四芯信號線，37.發射、接收天線。
在圖2中1.移動變電站，2.採煤機真空起動器，3.運輸放頂落煤刮板運輸機「B」真空起動器，4.運輸採煤機落煤刮板運輸機「A」真空起動器，5.工作面信號綜合保護器，6.採煤機真空起動器操作電纜，7.刮板運輸機真空起動器操作電纜，8.信號電纜，9.副控制箱，10.刮板運輸機尾電動機溫度傳感器，11.輔助控制箱，12.主控制箱，13.操作按鈕，14.瓦斯傳感器，15.刮板運輸機頭電動機溫度傳感器，16.運輸轉載機真空起動器，17.工作面七芯控制電纜，18.工作面四芯信號線，19.QJZ-300真空起動器操作控制原理(1ZJ直流中間繼電器)。
在圖3中金屬膜電阻JR1/4WR1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R10、R13、R14、R15、R16、R19、R22、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31，3.3KΩ；R8、R9、R17、R20、R23，47KΩ；R11、R12、R18、R21，10KΩ；R32、R33，3.3Ω/8W；電解電容C1，2200UF/35V；C4、C8、C11、C12，100UF/25V；C9，1UF/25V；滌綸電容C2、C3、C7、C10、C13，0.1UF/63V；C5、C6，0.01UF/250V；電晶體D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7，1N4001；D8、D9、D10，穩壓5.6V/0.5W；LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8普通型發光二極體；T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9，S8050；集成電路IC1，LM7812；IC2、IC3，TWH8778；IC4，遙控接收解碼模塊TC2068CK；IC5，CD4013；IC6，LM78L05；IC7、IC8，4N35；橋式整流器QL1、QL2，2A/200V；保險管FUSE1、FUSE6、FUSE4、FUSE5，0.5A/250V；FUSE2、FUSE3，2A/250V；小型雙觸點繼電器(JRC-19F)J2、J3、J4、J5、J6線圈電壓12V；J7、J8線圈電壓6V；中功率(JQX-14F)雙觸點繼電器J1線圈電壓12V；高響度信號器HD，工作電壓9-12V；控制變壓器B1，30VA/U1~127V/U2~15V；信號變壓器B2，10VA/U1~127V/U2~9V；在圖4中金屬膜電阻JR1/4WR1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R10、R15、R18、R21、R22、R23、R24、R25、R26，3.3KΩ；R8、R9、R17、R20，47KΩ；R11、R12、R13、R16、R19，10KΩ；R14，*220KΩ；R27，3.3Ω/8W；滌綸電容C1、C2、C14，0.01UF/250V；C4、C7、C9、C10、C12、C15、C17，0.1UF/63V；電解電容C18，2200UF/35V；C5、C6、C8、C13、C16，100UF/25V；C3，1UF/25V；C11，10UF/25V鉭；電晶體D1、D2、D3、D4、D5，1N4001；D6、D7、D8、D9，穩壓5.6V/0.5W；T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7，S8050；LED1、LED2、LED3、LED4、LED5，普通型發光二極體；集成電路IC1，LM7812；IC2，TWH8778；IC3，遙控接收解碼模塊T2068CK；IC4，CD4013；IC5，LM78L05；IC6，NE555；IC7，4N35；保險管FUSE1、FUSE4、FUSE5，0.5A/250V；FUSE2、FUSE3，2A/250V；橋式整流器QL1、QL2，2A/100V；小型雙觸點繼電器(JRC-19F)J2、J3、J4、J5線圈電壓12V；中功率雙觸點繼電器(JQX-14F)J1線圈電壓12V；高響度信號器HD，工作電壓9-12V；控制變壓器B1，30VA/U1~127V/U2~15V；信號變壓器B2，10VA/U1~127V/U2~9V；在圖5中金屬膜電阻JR1/4WR1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R9，3.3KΩ；R8，10KΩ；R10，3.3Ω/5W；電解電容C1，2200UF/35V；C3、C6、C8，100UF/25V；滌綸電容C2、C4、C7，0.1UF/50V；C5，0.01UF/250V；電晶體D1，1N4001；D2、D3，穩壓5.6V/0.5W；T1，S8050；集成電路IC2、IC3、IC4，TWH8778；IC1，LM7812；橋式整流器QL1、QL2，2A/200V；保險管FUSE1、FUSE4，0.5A/250V；FUSE2、FUSE3，2A/250V；LED1，普通型發光二極體；中功率雙觸點繼電器(JQX-14F)J1線圈電壓12V；高響度信號器HD，工作電壓9-12V；控制變壓器B1，30VA/U1~127V/U2~15V；信號變壓器B2，10VA/U1~127V/U2~9V；接收解碼IC5，T2068CK。
在圖6中電阻R1、R2、R3、R4，10KΩ；R5、R6、R7、R8，3.9KΩ；R9，470KΩ；R10，47KΩ；R11，10KΩ；R12，10KΩ；R13、R14、R15、R16、R18，3.3KΩ；R17，47KΩ；R19，330Ω；R20，5KΩ；R21，1Ω；R22，100Ω；R23，270 Ω；RP，4.7KΩ；高頻電容C1，15P；C2，5P；滌綸電容C3、C5、C7，0.1UF；電解電容C4，2200UF/35V；C6，100UF/25V；電感L1，7T；L2，4T；電晶體D1、D2、D3、D4，1N4148；D5、D6，1N4001；T1、T3、T4，S8050；T2，C3354；T5，TIP122；集成電路IC1，PT2262-S；IC2，4N35；IC3，LM7812；LED1、LED2、LED3、LED4、LED5，普通型發光二極體；FUSE1，1A/250V；小型雙觸點繼電器(JRC-19F)J1，線圈電壓12V；QL1、QL2，2A/200V；SAW，315MHZ；控制變壓器B1，50VA/U1~660V/U2~1140V/U3~16V/U4~12V；E，12V鎳鎘電池組。
在圖7中電阻R1、R2、R3、R4，10KΩ；R5、R6、R7、R8，3.9KΩ；R9，470KΩ；R10，47KΩ；R11，10KΩ；R12，10KΩ；R13，330Ω；R14，5KΩ；R15，1Ω；R16，100Ω；R17，270Ω；RP，4.7KΩ；高頻電容C1，15P；C2，5P；C3，0.1UF；電晶體D1、D2、D3、D4，1N4148；D5、D6，1N4001；T1、T3，S8050；T2，C3354；T4，TIP122；集成電路IC1，PT2262-S；SAW，315MHZ；FUSE1，0.5A/250V；小型雙觸點繼電器(JRC-19F)J，線圈電壓9V；E，12V鎳鎘電池組。充電變壓器B1，30VA/U1~220V/U2~16V/U3/~16V。
在圖8中電阻R1、R4、R6，47KΩ；R2，1KΩ；R3，150Ω；R5、R9，120KΩ；R7，27KΩ；R8，39KΩ；R10，4.7MΩ；R11，470KΩ；R12，200KΩ；R13、R16，10KΩ；R14，620Ω；高頻電容C1，7P；C2、C9、C10，3P；C4、C5、C11、C13，0.1UF；C6，2P；C7，330P；C8，33P；C12，4700P；電解電容C3，100UF/25V；電晶體T1、T2，9018；集成電路IC1，78L05；IC2，LM358；IC3，PT2272-L4；L1，3T；L2，1UH；L3，9T。
在圖3所示實施例中主控制箱設在採煤工作面刮板運輸機頭處，採煤工作面安全出口迴風側，運輸巷(
圖1中主控制箱1)，主控制箱供電最高電壓AC127V，輕型防爆外殼(300mm×200mm×150mm)、小型帶有保險蓋的新型薄膜鍵盤組合控制按鈕(150mm×100mm×80mm)(寬×高×深)(
圖1中控制按鈕8)，KG9701數字式瓦斯傳感器(
圖1中瓦斯傳感器7)，Ex成品，上限時輸出高電平。JWH2-12溫度傳感器2隻(
圖1中溫度傳感器11、12)，Ex成品，上限時輸出高電平。控制工作面信號原理當按下主控制箱信號控制按鈕(SIGNAL)，或按下採煤機固定發射機(圖6)信號按鈕(D鍵)及遙控器(圖7)的信號按鈕(D鍵)時，遙控接收解碼模塊D端輸出高電平，T1高電平導通J1吸合，J1-1閉合，信號器得電發出相應信號，J1-2閉合，顯示板LED2點亮。J1不自鎖，鬆開按鈕時釋放，信號器停止發聲。控制採煤工作面刮板運輸機原理綜放型採煤工作面中設有兩部刮板運輸機，第一部是面前刮板運輸機「A」用於運輸工作面採煤機落煤(
圖1中刮板運輸機17)，第二部是面後刮板運輸機「B」用於運輸工作面放頂落煤(
圖1中刮板運輸機18)。非綜放型採煤工作面中只有一部刮板運輸機，與綜放型採煤工作面刮板運輸機控制原理相同。下面就以綜放型採煤工作面控制刮板運輸機「A」說明控制原理當刮板運輸機司機發出或接到起動刮板運輸機信號後，按下刮板運輸機的起動(MOTIVE)按鈕，來自刮板運輸機真空起動器(QJZ-300)控制迴路的K4、K2閉合，(圖2中真空起動器控制迴路19)(K2→J2-2→J7-2→J6-1→STOP→MOTIVE→IC8→K4)，(圖2中操作線7)，刮板運輸機真空起動器閉合，刮板運輸機得電運行，IC8 1-2端有電流通過，IC8 4-5端導通，T4高電平導通，J4吸合，J4-1閉合，刮板運輸機自保運行，J4-2閉合，顯示板中LED6點亮。停止工作面刮板運輸機時按下停止按鈕，J4釋放，斷開刮板運輸機真空起動器控制迴路。控制工作面採煤機原理當主控制箱接收到來自採煤機司機用煤機固定發射機(A鍵)(
圖1中發射機13)，或遙控器(A鍵)(
圖1中遙控器6)，發出起動採煤機指令時，遙控接收解碼模塊A端輸出高電平，IC2模擬開關輸入端(5腳)呈高電平、IC2輸出端(2-3腳)輸出高電平，經M1控制線(圖2中控制線17)，傳輸到副控制箱(圖4)，控制採煤機起動。當接收到停止採煤機指令(B鍵)時，IC4遙控接收解碼模塊B端輸出高電平，IC3模擬開關輸入端(5腳)呈高電平、IC3輸出端(2-3腳)輸出高電平，經M2控制線傳輸到副控制箱停止採煤機運轉。有關採煤機控制原理在副控制箱具體實施方式
中詳細說明。刮板運輸機起動前安全措施1.主控箱在送電後首先由C9執行IC5復位，J2釋放，J2-1、J2-2閉合，同時為兩部刮板運輸機起動提供了必要條件。
2.由KG9701瓦斯傳感器及T9組成的瓦斯超限保護電路，執行採煤工作面瓦斯氣體含量檢測，採煤工作面氣體正常時(＜1％)，(Q端)輸出低電平，T9截止，J7、J8釋放，J7-1、J7-2閉合為工作面兩部刮板運輸機起動提供必要條件，J8-1斷開，為採煤機的起動提供了必要條件，J8-2閉合為運輸轉載機起動提供必要條件。
3.採煤工作面兩部刮板運輸機頭電動機溫度正常＜80℃時，兩隻JWH2-12溫度傳感器(W1、W2端)輸出低電平，T7、T8截止，T5、T6導通，J5、J6吸合，J5-1、J6-1閉合，為刮板運輸機起動提供了一個必要條件。如被保護的電動機內部有溫度熱敏保護線，可以省去溫度傳感器，將U2接點與W1，W2相連，再將兩部電動機的溫度熱敏保護線兩端分別接在G接點與W1，W2相連，電動機冷態時，溫度熱敏保護線呈低電阻，W1、W2端低電平，T7、T8截止，T5、T6導通，J5、J6吸合，J5-1、J6-1閉合，為刮板運輸機起動提供必要條件。
4.採煤工作面127V信號電源供電必須正常，否則無法起動刮板運輸機及採煤機。刮板運輸機運行中安全措施1.採煤工作面刮板運輸機在運行中，工作面出現緊急情況，工作面工作人員可就近操作任一控制箱(
圖1中控制箱1、2、3、4、5、X)按下閉鎖按鈕(OFF)，或用手持遙控器(C鍵)、採煤機固定發射機(C鍵)，發出閉鎖刮板運輸機指令時，距遙控器最近的控制箱遙控接收解碼模塊「C」端輸出高電平。通過控制線(OFF)饋來高電平信號，IC5觸發器(C端呈高電平)電路反轉，Q端輸出高電平，T2導通，J2吸合，J2-1、J2-2斷開，刮板運輸機停止運行，刮板運輸機停止後，操作電路將自動復位，顯示板中發光管LED8點亮。等待處理完緊急情況後，重新按下閉鎖按鈕(OFF)或採煤機固定發射機(C)鍵，遙控器(C鍵)以解除對刮板運輸機閉鎖保護，發出起動刮板運輸機信號後刮板運輸機司機可重新起動刮板運輸機。由於工作面「B」刮板運輸機是用於運輸工作面放頂落煤(
圖1中刮板運輸機18)，可根據工作面實際情況解除其閉鎖功能，將K置於「1」端，閉合J2-1常閉接點。使閉鎖功能只對「A」刮板運輸機有效(
圖1中刮板運輸機17)。在主控箱外設的控制按鈕中設有一個帶保險蓋的(閉鎖/解鎖)控制按鈕OFF(圖2中控制按鈕13)，刮板運輸機司機可根據工作面現場實際情況解除對刮板運輸機閉鎖保護，接到或發出起動刮板運輸機信號後重新起動刮板運輸機。
2.刮板運輸機運行中若出現採煤工作面瓦斯含量大於1％時，KG9701瓦斯傳感器(Q)端輸出高電平並發出聲光報警(圖2中瓦斯傳感器14)，T9導通，J7、J8吸合，J7-1、J7-2、J8-2常閉點斷開，工作面兩部刮板運輸機及下一級轉載運輸機斷電停止運行，同時J8-1常開點閉合，IC3輸出高電平經M2控制線饋到副控制箱，此時如工作面採煤機處在運轉狀態將立即停止採煤機運轉，如採煤機處在停止狀態時將無法起動採煤機。顯示板中發光管LED7點亮，顯示執行了瓦斯超限保護狀態，此時工作面管理人員應立即撤出所有工作面人員到安全地點。
3.主控制箱內設有兩路刮板運輸機電動機超溫保護電路，刮板運輸機運行過程中，如刮板運輸機頭電動機出現過負荷運行或冷卻系統出現故障，電動機溫度＞80℃時，JWH2-12溫度傳感器W1、W2端輸出高電平(圖2中溫度傳感器15)，T7、T8導通，T5、T6截止，J5、J6釋放，J5-1、J6-1斷開，刮板運輸機停止運行。同時J5-2、J6-2閉合，顯示板LED3、LED4發光。使用電動機溫度熱敏保護線時，(溫度熱敏保護線連接方法上面已經說明)電動機超溫時，溫度熱敏保護線呈高電阻，W1、W2端高電平，T7、T8導通，T5、T6截止，J5、J6釋放，斷開刮板運輸機控制迴路。待電動機冷卻後方可重新起動刮板運輸機。其它安全措施1.主控制箱中設有兩路刮板運輸機的自保運行接點J3-1、J4-1，而不採用刮板運輸機真空起動器本身自保接點，此設計目的是保護在正常運行下的刮板運輸機，在工作面信號供電突然故障性中斷後，J3、J4立即釋放，J3-1、J4-1斷開，刮板運輸機立即停止運行，有效避免工作面刮板運輸機在無信號供電的狀態下繼續運行。
2.電動機超溫保護功能採用常開接點，此設計目的是保護刮板運輸機起動前，工作面信號供電中斷，J5、J6釋放，J5-1、J6-1斷開，刮板運輸機將無法起動，有效避免了刮板運輸機在無信號供電的狀態下起動。
3.主控制箱是應用在採煤工作面刮板運輸機頭處(
圖1)，刮板運輸機司機可通過控制按鈕對工作面進行全方位控制，也可以使用遙控器對工作面執行信號操作、閉鎖刮板運輸機操作、閉鎖採煤機操作。可有效避免採煤工作面各種安全事故的發生。
4.由於此控制系統應用在採煤工作面特殊性，故採用了各種防爆措施，採用光電耦合器，外接控制線達到絕對安全火花電流以下，使用雙證齊全的傳感器，使控制系統的各種保護功能更安全、有效。控制箱電源採用浮地供電方式，可使控制箱的控制傳輸線在工作面中對地發生短路和漏電時，也不會產生大的電流。元器件採用高可靠性工業級產品，採用防潮、防砸、防振、防誤操作等方法。遙控接收解碼組件採用高可靠性的工業級晶體穩頻組件，絕不會產生誤碼現象。信號系統採用高響度信號器HD。
5.主、副、輔助控制箱在工作面中就如同蜂窩行動電話的基站一樣，發射機、遙控器距離最近的接收箱最有控制優先權。
6.主控制箱控制按鈕(
圖1中控制按鈕8)為方便司機操作採用組合式按鈕，採用以下防誤操作措施刮板運輸機「A、B」起動按鈕(MOTIVE)，閉鎖/解鎖(OFF)按鈕均設有保險蓋，操作時必須先打開保險蓋才能進行相關操作，杜絕誤操作現象。
7.主控制箱、輔助控制箱、副控制箱控制線之間採用一路七芯Φ1.02mm的操作線連接，信號線採用一路四芯Φ1.02mm操作線連接。
在圖4所示實施例中副控制箱設在採煤工作面刮板運輸機尾處，採煤工作面安全出口進風側，軌道巷(
圖1中副控制箱2)，與採煤工作面移動變電站同一巷道(
圖1中移動變電站15)，副控制箱供電最高電壓AC127V，設有輕型防爆外殼(300mm×200mm×150mm)，外殼面板設有信號按鈕，帶保險蓋的刮板運輸機閉鎖按鈕。在採煤工作面刮板運輸機尾工作人員可操作工作面信號及刮板運輸機的閉鎖功能(
圖1中刮板運輸機尾28、29)。閉鎖刮板運輸機按鈕設有保險蓋的作用是防止工作人員誤操作，以避免工作面刮板運輸機在重載下頻繁起動、停止，減少機械事故。控制工作面信號原理當按下副控制箱信號控制按鈕(SIGNAL)、採煤機固定發射機信號按鈕(D鍵)(圖6)、遙控器信號按鈕時(D鍵)(圖7)，遙控接收解碼模塊D端輸出高電平，T1高電平導通J1吸合，J1-1閉合，信號器HD得電發出相應信號。控制工作面採煤機原理當工作面採煤機司機按下採煤機控制臺固定發射機(A鍵)(
圖1中煤機固定發射機13)，或用遙控器(A鍵)(
圖1中遙控器6)發出起動採煤機指令時，T2068CK接收解碼電路(A)端輸出高電平，IC4(CD4013)的S端通過控制線M1接收來自採煤工作面中任何一部控制箱(
圖1中控制箱1、2、3、4、5、X)的高電平信號時，電路狀態反轉，Q端輸出高電平，T2導通，J2吸合，J2-1，J2-2閉合，此時控制採煤機會有以下三種狀態1.正常狀態採煤機真空起動器供電正常(圖2中採煤機真空起動器2)，K2、K4電壓正常(圖2中真空起動器控制迴路19)，IC7 1-2端有電流，採煤機立即正常起動，IC7 4-5端導通，T3基極箝位在低電平，閉鎖IC6延時復位電路，J3保持釋放狀態不變，顯示板中LED5發光指示採煤機運轉，IC4保持工作狀態不變，J2維持吸合，採煤機正常運轉。
2.延時復位狀態採煤機真空起動器處在停電檢修時，K2、K4無電壓(圖2中真空起動器控制迴路19)，IC7 1-2端無電流，4-5端截止，延時復位電路投入工作，延時5秒後，IC6 3端輸出高電平，T3導通，J3吸合，J3-1閉合，IC4 R端呈高電平電路反轉，Q端輸出低電平，T2截止，J2釋放，J2-1、J2-2斷開，IC4電路恢復為初始狀態，避免了採煤機真空起動器停電檢修恢復送電造成採煤機非正常運轉。
3.緊急復位狀態採煤機正常運轉過程中，採煤機真空起動器突然出現故障性供電中斷，K2、K4電壓消失(圖2中真空起動器控制迴路19)，IC7 1-2端無電流，4-5端截止，因IC63端在煤機起動5秒後已保持在高電平狀態，T3基極失去IC7 4-5端低電平箝位，T3立即導通，J3吸合，J3-1閉合，IC4 R端呈高電平電路反轉，Q端輸出低電平，T2截止，J2釋放，J2-1、J2-2斷開，IC3電路恢復為初始狀態，避免了因採煤機真空起動器恢復送電造成採煤機非正常運轉。
當採煤機正常運轉狀態下，用煤機固定發射機(B鍵)或遙控器(B鍵)發出停止採煤機指令時，T2068CK接收解碼電路(B)端輸出高電平。IC4(CD4013)的R端通過控制線M2接收來自採煤工作面任何一部控制箱輸出的高電平信號時，電路反轉，IC4復位，Q端輸出低電平，T2截止，J2釋放，J2-1、J2-2斷開，IC7截止，採煤機真空起動器斷開(圖2中真空起動器控制迴路19)，採煤機停止運行。
使用遙控器起動採煤機的使用權限只限於工作面採煤機司機，採煤機固定發射機及採煤機司機使用的遙控器有最高使用權限。其他工作面管理人員的遙控器只能使用信號、停止採煤機、閉鎖刮板輸送機功能。採煤機起動前安全措施1.副控制箱在送電後首先由C3執行IC4復位，Q端低電平，為起動採煤機做好準備。
2.採煤機電動機溫度必須在正常範圍內＜80℃，否則無法起動採煤機。
3.工作面瓦斯氣體必須正常＜1％，否則將無法起動採煤機及刮板運輸機。
4.採煤工作面127V信號電源供電必須正常，否則無法起動採煤機及刮板運輸機。
5.採煤機真空起動器供電必須正常。
採煤機運行中安全措施1.運行中的採煤機如出現採煤機真空起動器故障性斷電將會自動執行採煤機控制電路IC4復位。
2.在採煤機運行過程中，如採煤機附近出現緊急情況採煤機司機可通過採煤機固定發射機或遙控器發出信號、停止採煤機、閉鎖刮板運輸機的指令。
3.採煤機運行過程中，如工作面出現瓦斯氣體超限＞1％時，由主控制箱(圖3)J8-1、IC3、經控制線M2饋來高電平信號，IC4 R端呈高電平，IC4復位，Q端低電平，T2截止，J2釋放，停止採煤機運轉。
4.當運行中的採煤機當出現過負荷、供電缺相或冷卻系統出現故障時，電動機溫升到達極限值＞80℃時，設在採煤機電動機控制臺內部的溫度傳感器輸出高電平，採煤機固定發射機將自動發出停止採煤機指令(B鍵)，採煤機停止運轉(圖6)。保護功能工作原理在採煤機固定發射機原理中有詳細說明。其它安全措施1.副控制箱內設有兩部刮板運輸機尾電動機保護電路，採煤工作面兩部刮板運輸機尾電動機(
圖1中刮板運輸機電動機24、25)溫度正常＜80℃時，JWH2-12溫度傳感器(W1、W2)端輸出低電平(圖2中溫度傳感器10)，T6、T7截止，T4、T5導通，J4、J5吸合，J4-1、J5-1閉合，為刮板運輸機起動提供了一個必要條件，如出現電動機過負荷或冷卻系統故障導致電動機超溫時＞80℃，JWH2-12溫度傳感器輸出高電平，T6、T7導通，T4、T5截止，J4、J5釋放，J4-1、J5-1斷開，斷開刮板運輸機控制迴路，刮板運輸機停止運轉，J4-2、J5-2閉合，顯示板發光管LED3、LED4發光。如被保護的電動機內部有超溫熱敏保護線，可以省去溫度傳感器，將U2接點與W1，W2相連，再將兩臺電動機的超溫熱敏保護線兩端相對應接在G接點與W1，W2相連，電動機冷態時，保護線呈低電阻，W1、W2端低電平，T6、T7截止，T4、T5導通，J4、J5吸合，刮板運輸機正常運行。電動機超溫時，超溫熱敏保護線呈高電阻，W1、W2端呈高電平，T6、T7導通，T4、T5截止，J4、J5釋放，J4-1、J5-1斷開刮板運輸機控制迴路。
2.由於此控制系統應用在採煤工作面特殊性，故採用了各種防爆措施，採用光電隔離器件，控制線達到絕對安全火花電流以下，使控制系統的各種擴展保護功能更安全。主控制箱電源採用浮地供電方式，可使控制箱的控制傳輸線在工作面中對地發生短路或漏電時，也不會產生大的電流。元器件採用高可靠性工業級產品，採用防潮、防振、防砸、防誤操作等方法。遙控接收解碼組件採用高可靠性的工業級晶體穩頻組件，絕不會產生誤碼現象。信號系統採用高響度信號器HD。
3.副控制箱是應用在採煤工作面刮板運輸機尾處(
圖1)，工作面管理人員可通過控制箱控制按鈕或使用遙控器對工作面執行信號操作、閉鎖刮板運輸機操作、閉鎖採煤機操作。可有效避免採煤工作面各種安全事故的發生。
4.主、副、輔助控制箱在工作面中就如同蜂窩行動電話的基站一樣，發射機、遙控器距離最近的接收箱最有控制優先權。
5.主控制箱、輔助控制箱、副控制箱控制線之間採用一路七芯Φ1.02mm的操作線連接，信號線採用一路四芯Φ1.02mm操作線連接。
在圖5所示實施例中輔助控制箱設置在工作面中(
圖1中輔助控制箱3、4、5、X)，最高工作電壓AC127V，設有輕型防爆外殼(250mm×150mm×100mm寬×高×深)，外殼面板設有信號按鈕，帶保險蓋的刮板運輸機閉鎖按鈕。在採煤工作面中工作人員可就近操作工作面信號控制及刮板運輸機的閉鎖控制功能。閉鎖刮板運輸機按鈕設有保險蓋的作用是防止工作人員誤操作，以避免工作面刮板運輸機在重載下頻繁起動、停止，減少機械事故。輔助控制箱在採煤工作面中的安裝距離應附合《煤礦安全規程》2001版有關規定採煤工作面每15M必須設置能發出信號、停止刮板運輸機裝置的有關規定。輔助控制箱中均設有遙控接收模塊，可在工作面任何位置使用煤機固定發射機或遙控器可靠控制信號、採煤機、刮板運輸機的各種控制功能。
控制工作面信號原理當按下輔助控制箱信號控制按鈕(SIGHAL)或採煤機固定發射機(D鍵)(圖6)，及遙控器的信號按鈕(D鍵)時(圖7)，遙控接收解碼模塊D端輸出高電平，T1高電平導通J1吸合，J1-1閉合，信號器得電發出相應信號。
控制刮板運輸機原理當正常運行的刮板運輸機出現緊急情況時，工作面工作人員可用採煤機固定發射機(C鍵)，遙控器(C鍵)或按下輔助控制箱閉鎖(OFF)按鈕，發出閉鎖刮板運輸機指令，遙控接收解碼模塊C端輸出高電平，IC2模擬開關電路控制端呈高電平，IC2輸出端輸出高電平經控制線OFF傳輸到主控制箱執行刮板運輸機閉鎖操作(圖2中主控制箱12)，解除閉鎖時可重新按下閉鎖(OFF)按鈕，解除對刮板運輸機的閉鎖，發出起動刮板運輸機信號後，刮板運輸機司機可重新起動刮板運輸機。
控制採煤機原理當輔助控制箱接收到來自採煤機司機用煤機固定發射機(A鍵)或遙控器(A鍵)發出起動採煤機指令時，遙控接收解碼模塊A端輸出高電平，IC4模擬開關輸入端(5腳)呈高電平、輸出端(2-3腳)輸出高電平，經M1控制線傳輸到副控制箱控制採煤機起動。當接收到停止採煤機指令(B鍵)時，遙控接收解碼模塊B端輸出高電平，IC3模擬開關輸入端(5腳)呈高電平、IC3輸出端(2-3腳)輸出高電平，經M2控制線傳輸到副控制箱停止採煤機運轉(圖2中副控制箱9)。
安全措施由於此控制系統應用在採煤工作面特殊性，故採用了各種防爆措施，輔助控制箱電源採用浮地供電方式，可使控制箱的控制傳輸線在工作面中發生短路或漏電時也不會產生大的電流。元器件採用高可靠性工業級產品，採用防潮、防砸、防振、防誤操作等方法。遙控接收解碼組件採用高可靠性的工業級晶體穩頻組件，絕不會產生誤碼現象，信號系統採用高響度信號器HD。
主、副、輔助控制箱在工作面中就如同蜂窩行動電話的基站一樣，發射機、遙控器距離最近的接收箱最有控制優先權。
主控制箱、輔助控制箱、副控制箱控制線之間採用一路七芯Φ1.02mm的操作線連接，信號線採用一路四芯Φ1.02mm操作線連接。
在圖6所示實施例中採煤機固定發射機採用成品T94W4遠距離穩頻固定收發組件組裝。產地廣東中山採煤機固定發射機安裝在採煤機控制臺中(
圖1中採煤機固定發射機13)，發射機內部採用進口聲表諧振器穩頻，頻率一致性非常好，穩定度極高，工作頻率315MHZ頻率穩定度優於10-5，使用中無需調整頻點，操作按鈕使用原採煤機控制臺採煤機控制按鈕，控制功能與原控制按鈕功能相對應，發射(圖6、圖7)接收(圖8)工作原理簡述如下PT2262和PT2272是臺灣普城公司生產的一對COMS專用編碼電路，振蕩頻率通過一個外接電阻進行調節，編碼晶片PT2262發出的編碼信號由地址碼、數據碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼晶片PT2272接收到信號後，其地址碼經過兩次比較核對後，VT腳才輸出高電平，與此同時相應的數據腳也輸出高電平，如果發送端一直按住按鍵，編碼晶片也會連續發射。當發射機沒有按鍵按下時，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315MHz的高頻發射電路不工作，當有按鍵按下時，PT2262得電工作，其第17腳輸出經調製的串行數據信號，當17腳為高電平期間315MHz的高頻發射電路起振並發射等幅高頻信號，當17腳為低平期間315MHz的高頻發射電路停止振蕩，所以高頻發射電路完全收控於PT2262的17腳輸出的數位訊號，從而對高頻電路完成幅度鍵控(ASK調製)相當於調製度為100％的調幅。
編碼電路PT2262和PT2272的第1～8腳為地址設定腳，可以選擇懸空、接正電源、接地三種狀態，3的8次方為6561，所以地址編碼不重複度為6561組，當兩者地址編碼完全一致時，接收機對應的D1～D4端輸出約4V互鎖高電平控制信號，同時VT端也輸出解碼有效高電平信號。它的的1～8腳為地址設定腳，廠家為了便於生產管理，出廠時都設定在懸空位置，如果在實際使用中要多套遙控器混合使用，又不希望互相干擾，那麼就要對不同套數的遙控器設定不同的地址編碼。編碼、解碼晶片的地址腳可以選擇懸空、接地、接正電源三個狀態，所以最大不重複的概率為3的8次方為6561，所以地址編碼不重複度為6561組，只要將PT2262和PT2272的1～8腳設置的狀態相同即可實現配對遙控收發，而不同地址碼的遙控器不會互相干擾。比如將其中一套發射機的PT2262的第1腳接地，第5腳接正電源，其它引腳懸空，那麼接收機的PT2272隻要也第1腳接地第5腳接正電源，其它引腳懸空就能實現配對接收。
煤機固定發射機是以PT2262編碼集成電路構成的四位編碼遙控發射電路，採用石英晶體專用表面諧振器SAW穩定頻率，其使用性能完全符合工業級水準，發射功率100MW，水平開闊發射距離達800M。在採煤工作面中應用由於使用條件限制，根據實際採煤工作面使用發射距離能達到50-80M，接收控制箱在工作面中距離為每15M一臺，採煤機距二臺接收控制箱之間時，距離為8M，所以能夠達到很好的控制效果。
採煤機固定發射機設有採煤機電動機超溫保護功能，運行中的採煤機出現供電缺相、過負荷或冷卻系統出現故障時，電動機溫度達到＞80℃時，設在採煤機控制臺中的溫度傳感器JWH2-12W端輸出高電平，T3導通，IC2(4N35)1-2端導通、4-5端導通，閉合發射機B鍵，發出停止採煤機指令，採煤機真空起動器斷開，採煤機控制臺控制變壓器B失去電壓，直流電源無輸出，JWH2-12溫度傳感器停止工作，W端高電平消失，T3截止，IC2截止，斷開發射機B鍵，發射電路復位，此時發射機自動轉換後備的12V電池維持正常工作，等待採煤機電動機冷卻後可重新繼續工作。如被保護的電動機內部有超溫熱敏保護線，可以省去溫度傳感器，將U2接點與W相連，再將電動機的超溫熱敏保護線兩端接在G接點與W相連，電動機冷態時，保護線呈低電阻，W端低電平，T3截止，採煤機正常運行。電動機超溫時，超溫熱敏保護線呈高電阻，W端呈高電平，T3導通，IC2 1-2、3-4端導通，閉合B鍵，發射機發出停止採煤機指令。採煤機停止後發射機復位。
採煤機固定發射機設有鎳鎘電池的恆流快速充電器(工作原理在下面可攜式遙控器中說明)，充電時間2小時，充滿自停，採煤機起動前，合上隔離開關後，dt1、dt2閉鎖開關閉合，發射機使用12V電池工作。按下「A」鍵，採煤機起動，採煤機控制臺控制變壓器B得電，直流電源工作，繼電器J1吸合，J1-1閉合，發射機轉為直流電源工作，同時J1-2閉合，12V電池與自動充電器電源閉合，充電開始，開始以大電流對電池進行充電，充滿後自動維持涓流充電保持電池容量，以利於延長電池使用時間，保證固定發射機可靠工作。停止採煤機後，J1釋放，固定發射機自動轉為電池工作。
在圖7所示實施例中可攜式遙控發射機採用成品T94W4遠距離穩頻固定收發組件組裝。產地廣東中山可攜式遙控器(
圖1中可攜式遙控器6)採用高強度膠木外殼，體積為(100mm×60mm×40mm高×寬×深)，電池採用成品12V組合小型鎳鎘電池。其發射(圖6、7)，接收(圖8)原理與採煤機固定發射機相同，請參考以上採煤機固定發射機工作原理。充電器採用鎳鎘電池恆流快速充電器，充電時間2小時，充滿自停，遙控器充電安全插口採用防爆安全設計，不插入充電插頭時，遙控器內的繼電器不吸合，遙控器充電安全插口電極不帶電。插入充電插頭時，遙控器內繼電器J吸合，J-1閉合，充電開始，充滿後自動轉為涓流充電以保持電池容量，延長電池使用時間。可攜式遙控器的充電可以在地面上進行或在工作面設置一防爆箱，將遙控器放入防爆箱內進行充電。
自動充電器原理概述如下(圖7)R13、R15、LED2、T4組成恆流充電電路，LED2提供恆流基準電壓兼作充電指示，R14、RP、T3組成電池電壓檢測電路。R16、R17、LED3組成涓流充電電路。開始充電時，由於電池電壓較低，T3截止，T4通過R13獲正偏而導通，電源通過T4、R15向電池充電，同時LED2點亮。在充電過程中，電池電壓逐漸上升，當上升到預定值時，T3導通，T4截止，LED2熄滅，相對的大電流充電結束，電池自動轉入約為30mA的涓流充電(這樣有利於保存電池容量)LED3作涓流充電指示用。
調試方法充電器初次使用前為匹配充電電池類型，須進行調式，將W向下調至電池負端，把充電器插到遙控器充電插口上。開啟充電器電源，J吸合，J-1閉合，LED2立即點亮，電池開始充電。用數字表監測電池電壓，當電池充到12V時，調RP使LED2熄滅、LED3點亮，將RP封固，調試結束。採煤機固定發射機的充電電路原理與此相同，調式方法相同。
在圖8所示實施例中接收模塊採用成品T94W4遠距離穩頻固定收發組件組裝。產地廣東中山接收模塊採用SMD貼片工藝製造生產，為超再生接收方式，它內含電源穩壓、放大整形及解碼電路，使用極為方便。
天線輸入端有選頻電路，控制距離較近時可以剪短甚至去掉外接天線接收電路自身輻射極小，加上電路模塊背面網狀接地銅箔的屏蔽作用，可以減少自身振蕩的洩漏和外界幹擾信號的侵入。
接收機採用高精度帶骨架的銅芯電感將頻率調整到315M後封固，這與採用可調電容調整接收頻率的電路相比，溫度、溼度穩定性及抗機械振動性能都有極大改善。可調電容調整精度較低，只有3/4圈的調整範圍，而可調電感可以做到多圈調整。可調電容調整完畢後無法封固，因為無論導體還是絕緣體，各種介質的靠近或侵入都會使電容的容量發生變化，進而影響接收頻率。另外未經封固的可調電容在受到振動時定片和動片之間發生位移；溫度變化時熱脹冷縮會使定片和動片間距離改變；溼度變化因介質變化改變容量；長期工作在潮溼環境中還會因定片和動片的氧化改變容量，這些都會嚴重影響接收頻率的穩定性，而採用可調電感就可解決這些問題，因為電感可以在調整完畢後進行封固，絕緣體封固劑不會使電感量發生變化，而且由於採用貼片工藝，所以即使強烈震動也不必擔心接收頻點漂移，接收電路的接收帶寬約500KHz，中心頻率調整在315MHz。
接收模塊有七個引出端，分別為+、A、B、C、D、I0、-，其中+為8-12V供電端，-為接地端，I0端為解碼有效輸出端，A、B、C、D為四位數據輸出端，能輸出4V左右的高電平，驅動電流2mA，與發射器上的A、B、C、D四為個鍵相對應。
發射、接收天線(
圖1中發射、接收天線37)，採用普通礦用Φ1.02四芯信號電纜，長度≥1M，終端採用熱縮PVC管封閉。
(說明書以上所述實施例，已在設計、申請人所在煤礦303高檔採煤工作面實施試用，各種實施例控制功能均能可靠正常工作，達到了設計要求，極大程度提高了採煤工作面安全生產保障能力。)
權利要求1.一套煤礦採煤工作面綜合控制系統，防爆主控制箱、防爆多個輔助控制箱、防爆副控制箱安裝在採煤工作面中，通過控制電纜相連接，其特徵是主控制箱、多個輔助控制箱、副控制箱中均設有與無線控制發射機配套的接收控制電路裝置及採煤工作面信號裝置。
2.根據權利要求1所述的煤礦採煤工作面綜合控制系統，其特徵是主控制箱設置在採煤工作面刮板運輸機頭位置，主控制箱中刮板運輸機閉鎖電路受控於所有控制箱中的閉鎖控制按鈕及無線接收解碼控制電路相應的控制指令；主控制箱中採用光電耦合器電路實現採煤工作面刮板運輸機起動、自保運行、控制復位、信號停電時停止閉鎖刮板運輸機；主控制箱採用瓦斯傳感器監測採煤工作面瓦斯含量，瓦斯超限時停止閉鎖工作面刮板運輸機、採煤機、運輸轉載機；主控制箱中採用溫度傳感器保護刮板運輸機頭電動機，電動機出現超溫時停止刮板運輸機；主控制箱控制按鈕可控制工作面兩部刮板運輸機起動/停止、刮板運輸機閉鎖/解鎖和工作面信號。
3.根據權利要求1所述的煤礦採煤工作面綜合控制系統，其特徵是輔助控制箱設置在採煤工作面中，輔助控制箱控制刮板運輸機閉鎖功能通過控制線與主控制箱中刮板運輸機閉鎖電路關聯；控制採煤機起動/停止功能與副控制箱中採煤機控制電路關聯；輔助控制箱可通過本身控制按鈕控制工作面信號和刮板運輸機閉鎖。
4.根據權利要求1所述的煤礦採煤工作面綜合控制系統，其特徵是副控制箱設置在採煤工作面刮板運輸機尾位置，副控制箱中採煤機控制電路採用光電耦合器電路，設有採煤機工作異常的自動復位電路，採煤機控制電路受控於工作面所有控制箱中相關的採煤機控制指令；副控制箱中採用溫度傳感器保護刮板運輸機尾電動機，電動機出現超溫時停止刮板運輸機；副控制箱可通過本身控制按鈕控制信號和刮板運輸機閉鎖。
5.根據權利要求1所述的煤礦採煤工作面綜合控制系統，其特徵是採煤機控制臺的固定無線控制發射機可發出控制工作面信號、起動/停止採煤機、閉鎖刮板運輸機指令；採用溫度傳感器保護採煤機電動機，在採煤機電動機出現超溫時自動發出停止採煤機指令；採煤機固定發射機控制電路有後備電池的自動充電功能。
6.根據權利要求1所述的煤礦採煤工作面綜合控制系統，其特徵是可攜式無線遙控發射機可發出控制工作面信號、起動/停止採煤機、閉鎖刮板運輸機指令；可攜式無線遙控發射機電池充電接口採用新型自動控制電路，不插入充電器時接口不帶電，符合煤礦防爆要求。
專利摘要煤礦採煤工作面綜合控制系統，可使用在煤礦普採、高檔、綜採、綜放採煤工作面。防爆主控制箱、防爆多個輔助控制箱、防爆副控制箱安裝在採煤工作面中，通過控制電纜相連接，配套有採煤機固定無線控制發射機、可攜式無線遙控發射機、瓦斯傳感器、電動機溫度傳感器。主控制箱、多個輔助控制箱、副控制箱中均設有與無線控制發射機配套的接收控制電路裝置及採煤工作面信號裝置。採用有線/無線方式控制採煤工作面信號、採煤機、刮板運輸機。採煤工作面瓦斯安全實時監控、刮板運輸機電動機、採煤機電動機超溫保護實時監控。
文檔編號E21F17/18GK2555400SQ02267639
公開日2003年6月11日 申請日期2002年6月17日 優先權日2002年6月17日
發明者劉廣民 申請人:劉廣民