礦井煤流分控中心協(xié)同控制系統(tǒng)的研究?

疏禮春

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司,北京市朝陽(yáng)區(qū),100013; 2.煤炭資源高效開(kāi)采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京市朝陽(yáng)區(qū),100013; 3.北京市煤礦安全工程技術(shù)研究中心,北京市朝陽(yáng)區(qū),100013)

礦井煤流分控中心協(xié)同控制系統(tǒng)的研究?

疏禮春1,2,3

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司,北京市朝陽(yáng)區(qū),100013; 2.煤炭資源高效開(kāi)采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京市朝陽(yáng)區(qū),100013; 3.北京市煤礦安全工程技術(shù)研究中心,北京市朝陽(yáng)區(qū),100013)

針對(duì)礦井的綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)、帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與安全保障系統(tǒng)各自獨(dú)立的問(wèn)題,研究設(shè)計(jì)了煤流分控中心協(xié)同控制系統(tǒng),分析了協(xié)同控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),介紹了協(xié)同控制系統(tǒng)組成和業(yè)務(wù)模型,詳細(xì)闡述了協(xié)同控制系統(tǒng)運(yùn)行流程。該協(xié)同控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)井下綜采工作面運(yùn)輸巷、主運(yùn)大巷以及主斜井的帶式輸送機(jī)集控運(yùn)行,并根據(jù)主運(yùn)大巷膠帶秤的產(chǎn)量計(jì)量自動(dòng)調(diào)整采煤機(jī)割煤進(jìn)度,防止主運(yùn)大巷帶式輸送機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行出現(xiàn)故障,最大程度地提高井下煤流運(yùn)輸設(shè)備的利用率,為煤流運(yùn)輸提供安全保障。

煤流系統(tǒng) 帶式輸送機(jī) 分控中心 協(xié)同控制 智能聯(lián)動(dòng)

由于井下各帶式輸送機(jī)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行,存在設(shè)備空運(yùn)行和利用效率低等問(wèn)題,而且無(wú)法做到與綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)和安全保障系統(tǒng)(安全監(jiān)控、電力監(jiān)控等系統(tǒng))之間的聯(lián)動(dòng)。因此,需要為井下煤流系統(tǒng)建設(shè)相對(duì)獨(dú)立的集控系統(tǒng)。煤流分控中心是綜合集控中心的一個(gè)分支,主要將煤流控制系統(tǒng)獨(dú)立出來(lái)設(shè)立專(zhuān)業(yè)的分控中心,實(shí)現(xiàn)與其關(guān)聯(lián)系統(tǒng)協(xié)同控制以保障煤流系統(tǒng)高效可靠地運(yùn)行。在不改變?cè)袔捷斔蜋C(jī)控制系統(tǒng)控制方式的前提下,對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造即可實(shí)現(xiàn)通過(guò)地面煤流分控中心對(duì)整個(gè)煤流運(yùn)輸系統(tǒng)集中遠(yuǎn)程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并與綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)和沿線(xiàn)安全保障系統(tǒng)聯(lián)動(dòng),形成一體化閉鎖控制關(guān)系,達(dá)到提高機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效率、減人提效和保障安全生產(chǎn)的目的。

1 協(xié)同控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.1 帶式輸送機(jī)集中控制和就地控制技術(shù)

為了保證煤流控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,帶式輸送機(jī)的集中控制系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)并存。帶式輸送機(jī)的集中控制系統(tǒng)采用ABB AC800M冗余控制器,通過(guò)Modbus通訊方式從就地控制系統(tǒng)讀取帶式輸送機(jī)的膠帶運(yùn)行速度以及電流、電壓和電機(jī)軸溫等運(yùn)行信息,電機(jī)的狀態(tài)反饋和控制指令通過(guò)硬接線(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)。

1.1.1 集中控制

現(xiàn)場(chǎng)ABB AC800M冗余控制器切換箱將工作方式設(shè)置為遠(yuǎn)程控制時(shí),在分控中心對(duì)設(shè)備的控制有自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制模式。在自動(dòng)控制模式下,按下啟動(dòng)按鈕,煤流系統(tǒng)的所有設(shè)備按照逆煤流的順序自動(dòng)啟動(dòng);按下停止按鈕,煤流系統(tǒng)的所有設(shè)備按照順煤流的順序自動(dòng)停車(chē);如果在運(yùn)行過(guò)程中某設(shè)備發(fā)生故障,則設(shè)備處于聯(lián)鎖狀態(tài),并按照邏輯動(dòng)作閉鎖相應(yīng)的設(shè)備。在手動(dòng)控制模式下,煤流系統(tǒng)的各設(shè)備可以單獨(dú)啟動(dòng)和停止。

1.1.2 就地控制

現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)切換箱將工作方式設(shè)置為就地控制時(shí),系統(tǒng)所有控制采用就地控制系統(tǒng)進(jìn)行控制,這時(shí)帶式輸送機(jī)的啟停直接由原主控制器進(jìn)行控制,該控制器不受地面分控中心的遠(yuǎn)程遙控,但仍將各種狀態(tài)及保護(hù)信號(hào)傳給分控中心,地面分控中心仍可監(jiān)測(cè)該帶式輸送機(jī)運(yùn)行的各種實(shí)時(shí)狀態(tài)及保護(hù)參數(shù)。

1.2 帶式輸送機(jī)與采煤機(jī)之間協(xié)同控制技術(shù)

ABB AC800M冗余控制器通過(guò)Modbus通訊方式從原有綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)的井下PLC控制器讀取采煤機(jī)和刮板機(jī)等運(yùn)行信息。在綜采工作面的運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)下方安裝膠帶秤,實(shí)時(shí)采集膠帶秤的計(jì)量數(shù)據(jù),累計(jì)多個(gè)工作面膠帶秤計(jì)量數(shù)據(jù)與大巷主運(yùn)帶式輸送機(jī)的總運(yùn)力比較,當(dāng)發(fā)現(xiàn)多個(gè)工作面的出煤量大于大巷主運(yùn)帶式輸送機(jī)的負(fù)荷時(shí),煤流分控中心平臺(tái)軟件立即啟動(dòng)預(yù)設(shè)的協(xié)同控制邏輯關(guān)系,通過(guò)AC800M冗余控制器發(fā)送控制指令到原綜采系統(tǒng)控制器,降低采煤機(jī)的采煤速度,防止大巷主運(yùn)帶式輸送機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行而發(fā)生故障。當(dāng)大巷主運(yùn)帶式輸送機(jī)的負(fù)荷小于其額定負(fù)荷時(shí),分控中心平臺(tái)軟件自動(dòng)下發(fā)控制命令至采煤機(jī)控制器,恢復(fù)采煤機(jī)截割的速度,整個(gè)過(guò)程是一個(gè)循環(huán)反復(fù)的過(guò)程,既可防止大巷主運(yùn)帶式輸送機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行,又可保證采煤機(jī)的高效運(yùn)行。

1.3 帶式輸送機(jī)與安全保障系統(tǒng)之間協(xié)同控制技術(shù)

煤流分控中心平臺(tái)軟件通過(guò)OPC接口方式讀取礦端安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)獲取安全監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),分析煤流沿線(xiàn)的瓦斯、CO和煙霧等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),當(dāng)其濃度高于一定數(shù)值時(shí),禁止啟動(dòng)煤流系統(tǒng);如果煤流系統(tǒng)已經(jīng)工作,在濃度高于一定數(shù)值時(shí),煤流系統(tǒng)緊急停止。通過(guò)獲取人員定位系統(tǒng)的井下各區(qū)域的人員信息,判斷進(jìn)入煤流沿線(xiàn)區(qū)域的人員,來(lái)確定能否啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備。通過(guò)采集井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可視化信號(hào),監(jiān)測(cè)煤流沿線(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行狀況。通過(guò)獲取井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)值,判斷帶式輸送機(jī)所有設(shè)備供電是否正常。

2 協(xié)同控制系統(tǒng)組成

協(xié)同控制系統(tǒng)主要由地面分控中心與井下單機(jī)就地控制系統(tǒng)組成。

2.1 地面分控中心

地面分控中心主要由EOW－x3操作臺(tái)、分控中心煤流控制軟件以及數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組成。

(1)EOW－x3操作臺(tái)包括3個(gè)可調(diào)節(jié)高度的52吋工業(yè)LCD面板、6個(gè)23吋寬屏LCD監(jiān)視器、集成攝像機(jī)系統(tǒng)、內(nèi)置揚(yáng)聲器系統(tǒng)、定向音響系統(tǒng)、集成高頻可調(diào)光照明系統(tǒng)以及為每個(gè)監(jiān)視器提供電動(dòng)操作的支撐系統(tǒng)。

(2)分控中心煤流控制軟件包括井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、井下綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)、井下帶式輸送機(jī)運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)、井下供電監(jiān)控系統(tǒng)、井下有線(xiàn)及無(wú)線(xiàn)通訊調(diào)度系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、井下環(huán)境信息監(jiān)控模塊以及人員信息監(jiān)控模塊。

(3)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù),用作存儲(chǔ)采集各系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)和實(shí)時(shí)值等信息,并負(fù)責(zé)與其他關(guān)聯(lián)系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。

2.2 井下單機(jī)就地控制系統(tǒng)

井下單機(jī)就地控制系統(tǒng)包括綜采工作面就地控制系統(tǒng)和帶式輸送機(jī)就地控制系統(tǒng)。

(1)綜采工作面就地控制系統(tǒng)包括采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)以及工作面設(shè)備列車(chē)等設(shè)備就地控制系統(tǒng)。通過(guò)在綜采工作面設(shè)備列車(chē)配置一臺(tái)隔爆兼本安型AC800M PLC控制分站,完成各綜采工作面采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)等設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息采集,并通過(guò)井下環(huán)網(wǎng)上傳至地面煤流分控中心。

(2)在綜采工作面帶式輸送機(jī)機(jī)頭、主運(yùn)巷帶式輸送機(jī)機(jī)頭以及主斜井帶式輸機(jī)機(jī)頭各配置一臺(tái)隔爆兼本安型AC800M PLC控制分站,完成所有帶式輸送機(jī)運(yùn)行及保護(hù)信息的采集,通過(guò)井下環(huán)網(wǎng)上傳至地面煤流分控中心。另外,在各AC800M PLC控制分站和就地控制系統(tǒng)控制分站之間設(shè)置一臺(tái)控制系統(tǒng)切換箱,用于切換選擇就地控制和集中控制的控制方式。

3 協(xié)同控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)模型

煤流分控中心主要面向生產(chǎn)部門(mén),通過(guò)調(diào)度平臺(tái)軟件對(duì)井下原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的遠(yuǎn)程一鍵式流程進(jìn)行啟停控制,實(shí)現(xiàn)井下煤流運(yùn)輸相關(guān)環(huán)節(jié)所有設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與存儲(chǔ),根據(jù)大巷膠帶秤煤量計(jì)量自動(dòng)調(diào)整采煤機(jī)的截割速度,實(shí)現(xiàn)主運(yùn)輸環(huán)節(jié)與相關(guān)安全保障系統(tǒng)的智能聯(lián)動(dòng)。煤流分控中心系統(tǒng)控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)模型如圖1所示。

圖1 煤流分控中心系統(tǒng)控制系統(tǒng)業(yè)務(wù)模型

由圖1可以看出,從各采煤工作面至主斜井提升過(guò)程依次經(jīng)過(guò)工作面刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)、大巷主運(yùn)帶式輸送機(jī)、井底煤倉(cāng)給煤機(jī)和主斜井提升帶式輸送機(jī),大巷主運(yùn)帶式輸送機(jī)與采煤機(jī)之間存在著連續(xù)的或間斷的煤流的閉鎖控制關(guān)系,根據(jù)工作面和煤倉(cāng)之間的距離,可以在整個(gè)主運(yùn)輸大流程中分成若干個(gè)小流程,隨著采面的不斷推進(jìn),逐漸會(huì)形成復(fù)雜的運(yùn)行流程。同時(shí)系統(tǒng)獲取帶式輸送機(jī)沿線(xiàn)的視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、人員監(jiān)測(cè)、通訊及電力監(jiān)控等安全保障系統(tǒng)的監(jiān)控信號(hào),為整個(gè)工藝過(guò)程的連續(xù)進(jìn)行提供安全保障。

4 協(xié)同控制系統(tǒng)運(yùn)行流程

4.1 啟動(dòng)流程

協(xié)同控制系統(tǒng)接到啟車(chē)指令后,首先以語(yǔ)音方式發(fā)布啟動(dòng)警告,從底層單機(jī)就地控制系統(tǒng)獲取關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)監(jiān)測(cè)狀態(tài)參數(shù),判斷工作面運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)、大巷主運(yùn)帶式輸送機(jī)、斜井提升帶式輸送機(jī)設(shè)備是否健康、煤流沿線(xiàn)通風(fēng)情況是否良好、區(qū)域環(huán)境是否良好以及設(shè)備供電是否正常,結(jié)合各個(gè)視頻監(jiān)控點(diǎn)信息和人員所在位置信息進(jìn)行綜合評(píng)估,出現(xiàn)一項(xiàng)不符合設(shè)備啟動(dòng)的條件都將無(wú)法進(jìn)行集控流程啟動(dòng),并通過(guò)軟件平臺(tái)返回相應(yīng)提示信息告知調(diào)度人員,待處理完畢后才能啟動(dòng)。在煤流系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí),需要有應(yīng)急處理預(yù)案。當(dāng)流程無(wú)法啟動(dòng)或停止時(shí),由調(diào)度人員結(jié)合軟件平臺(tái)返回的信息決定是否待問(wèn)題處理完畢后再啟動(dòng)或是進(jìn)行解鎖,從而實(shí)現(xiàn)單機(jī)設(shè)備啟動(dòng)或停止,以免影響煤流系統(tǒng)的生產(chǎn)和安全。煤流協(xié)同控制系統(tǒng)啟動(dòng)流程如圖2所示。

圖2 煤流協(xié)同控制系統(tǒng)啟動(dòng)流程

4.2 停止流程

協(xié)同控制系統(tǒng)接到停機(jī)指令后,按帶式輸送機(jī)停止工藝流程按順序停止各受控設(shè)備,自動(dòng)停止帶式輸送機(jī)運(yùn)行,并按照現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員就地停止、集控室調(diào)度員急停和正常停止優(yōu)先順序進(jìn)行停止。當(dāng)無(wú)法通過(guò)分控中心軟件進(jìn)行停止時(shí),需要執(zhí)行應(yīng)急預(yù)案,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)停止。煤流協(xié)同控制系統(tǒng)停止流程如圖3所示。

圖3 煤流協(xié)同控制系統(tǒng)停止流程

5 結(jié)語(yǔ)

礦井煤流分控中心協(xié)同控制系統(tǒng)在山西天地王坡煤礦進(jìn)行了應(yīng)用,采用ABB的800XA平臺(tái)軟件及EOW操作臺(tái)構(gòu)建了地面煤流分控中心,井下采用AC800M控制器作為綜合通信控制站,集成了原有帶式輸送機(jī)運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)和綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)的井下運(yùn)行控制器,并與原有就地控制系統(tǒng)進(jìn)行了互聯(lián)。在井下運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)和主運(yùn)帶式輸送機(jī)安裝膠帶秤,實(shí)時(shí)計(jì)量各帶式輸送機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷,通過(guò)分控中心軟件的煤量調(diào)節(jié)運(yùn)算控制邏輯,動(dòng)態(tài)控制工作面的采煤機(jī)截割速度,達(dá)到整個(gè)煤流系統(tǒng)協(xié)同控制的目的。協(xié)同控制系統(tǒng)通過(guò)OPC接口獲取井下安全監(jiān)控、人員定位和電力監(jiān)控等系統(tǒng)的數(shù)據(jù),協(xié)同進(jìn)行帶式輸送機(jī)啟停的判定,實(shí)現(xiàn)“有人巡檢,無(wú)人值守”,由“坐崗”變成“巡崗”,綜采隊(duì)由原來(lái)的每班25人減為20人,皮帶隊(duì)由每班19人減為15人。同時(shí),協(xié)同控制系統(tǒng)提升了設(shè)備運(yùn)行效率,減少了故障處理時(shí)間,生產(chǎn)效率顯著提升,按照產(chǎn)煤量300萬(wàn)t/a計(jì)算,應(yīng)用協(xié)同控制系統(tǒng)可增產(chǎn)約15萬(wàn)t/a。

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[2] 趙峻嶺.煤礦井下帶式輸送機(jī)的智能控制方法研究[D].西安:西安科技大學(xué),2010

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[5] 李臻,操虹,賈洪鋼等.煤礦帶式輸送機(jī)軸承監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].工礦自動(dòng)化,2011(12)

Research of cooperative control system in coal flow sub-control center of mine

Shu Lichun1,2,3
(1.China Coal Research Institute,Chaoyang,Beijing 100013,China; 2.State Key Laboratory of Coal Resource High Efficient Mining and Clean Utilization, Chaoyang,Beijing 100013,China; 3.Beijing Coal Mine Safety Engineering and Technology Research Center, Chaoyang,Beijing 100013,China)

Aiming at the problem that the monitoring system of fully mechanized mining face,the monitoring system of belt conveyor and the safety guarantee system were running respectively,cooperative control system in coal flow sub-control center was researched and designed,the key technology,composition,business model and operational process of above system were analyzed and elaborated.The cooperative control system could realize the integrated control operation of mining face transportation roadway,main transportation roadway and main incline shaft belt conveyor.It could adjust automatically coal cutting progress according to coal production measured by weigh belt in main transportation roadway,which could prevent belt conveyor breaking down caused by overload operation,and furthest improve the utilization ratio of coal flow transportation equipment and offer safety guarantee to coal flow transportation.

coal flow system,belt conveyor,sub-control center,cooperative control,intelligent linkage

TD67

A

疏禮春(1981－),男,安徽安慶人,工程師,碩士,主要從事煤礦信息化類(lèi)軟件的設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)研究工作。

(責(zé)任編輯 路 強(qiáng))

中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司重點(diǎn)基金資助項(xiàng)目(2013ZD010)