陽煤一礦井下全煤流皮帶集控研究與應(yīng)用

高 勝

（陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司一礦， 山西 陽泉 045008）

引言

陽煤一礦始建于1953年，1956年7月21日正式建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為2.40 Mt/年，自投產(chǎn)以來，經(jīng)過不斷擴(kuò)建改造，生產(chǎn)能力逐漸提高。2015年5月山西省煤炭工業(yè)廳以〔2015〕第430號公告文件對陽煤一礦生產(chǎn)能力等相關(guān)生產(chǎn)要素信息進(jìn)行變更登記和建檔，核定陽煤一礦生產(chǎn)能力為7.5 Mt/年。按照2016年5月國家煤礦安全監(jiān)察局、國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局聯(lián)合發(fā)布公告（2016年第1號），陽煤一礦公告生產(chǎn)能力為6.30 Mt/年。

該礦采用主斜井強(qiáng)力皮帶機(jī)進(jìn)行煤炭運(yùn)輸，井下全部實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)連續(xù)運(yùn)輸，北翼安裝七部皮帶輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)井下煤炭運(yùn)輸至地面。由于皮帶機(jī)數(shù)量多、用電設(shè)備功率大、電壓高、對電網(wǎng)沖擊大、對電控系統(tǒng)的電磁干擾大，因此設(shè)計(jì)運(yùn)行高效率、安全可靠、高技術(shù)水平的皮帶機(jī)控制系統(tǒng)是皮帶機(jī)控制設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要工程。

1 皮帶機(jī)運(yùn)輸現(xiàn)狀及改造必要性

陽煤一礦井下原煤運(yùn)輸方式為皮帶運(yùn)輸機(jī)，2015年新安裝北冀第四、五、六條皮帶機(jī)，這3條皮帶機(jī)已實(shí)現(xiàn)集中控制方式，但第六部皮帶機(jī)的給煤機(jī)及后續(xù)的第七部皮帶機(jī)仍由工人井下就地操作，各皮帶機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)只作為就地控制系統(tǒng)自身用，形成信息孤島，無法將參數(shù)進(jìn)行上傳與現(xiàn)有的監(jiān)控檢測系統(tǒng)并網(wǎng)，達(dá)到集中控制和顯示的目的。

進(jìn)一步完善第四、五、六部皮帶機(jī)的驅(qū)動設(shè)備的故障檢測與預(yù)警裝置，將第六部機(jī)尾的給煤機(jī)、第七部皮帶機(jī)及所屬給煤機(jī)納入集中控制系統(tǒng)，并可將所有設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息接入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，達(dá)到集中控制和顯示的目的。

2 改造目標(biāo)

在原北冀原皮帶機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上可無縫接入第六部機(jī)尾給煤機(jī)、第七部皮帶機(jī)及其機(jī)尾的給煤機(jī)等設(shè)備，在四部機(jī)頭的集中控制顯示屏上可監(jiān)測、監(jiān)控新增設(shè)備的所有狀態(tài)信息。系統(tǒng)建成后要具備在四部皮帶機(jī)機(jī)頭及地面集中控制室集中監(jiān)測監(jiān)控接入的所有設(shè)備的功能，同時所有設(shè)備具備聯(lián)鎖功能。皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)，見圖1。

圖1 皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)

3 改造內(nèi)容

根據(jù)該礦現(xiàn)場情況，結(jié)合本集控系統(tǒng)的特點(diǎn)，組態(tài)硬件如下：

1）四部機(jī)頭主站不作變更，仍是整個控制系統(tǒng)的控制核心，用于集中控制所有皮帶機(jī)、給煤機(jī)，承擔(dān)著與其他皮帶機(jī)機(jī)頭設(shè)置的從站通信以及與地面PC上位機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換。

2）在第七部皮帶機(jī)的機(jī)頭部位置增加1臺KXJ1140（660）礦用隔爆兼本安質(zhì)全型可編程控制箱以及配套的TH18本安型操作箱、本安人機(jī)界面。本站是七部皮帶的控制核心，是整套系統(tǒng)的從站，承擔(dān)著與主站通信（包括用于控制給煤機(jī)的下位機(jī)），而且對皮帶機(jī)實(shí)現(xiàn)直接控制及保護(hù)，擁有工業(yè)以太網(wǎng)、profibus、Modbus等通信接口。

3）在第六部機(jī)尾和第七部機(jī)尾設(shè)置礦用電氣控制箱，作為對應(yīng)機(jī)頭控制箱的從站，用于監(jiān)測監(jiān)控給煤機(jī)。

4）在第四部及第七部皮帶機(jī)機(jī)頭煤倉安裝雷達(dá)位計(jì)，用監(jiān)測煤倉內(nèi)煤的高度，當(dāng)煤倉內(nèi)的煤達(dá)到設(shè)定高度時可按照預(yù)設(shè)要求進(jìn)行預(yù)警或停車。

5）對第四、五、六、七部皮帶機(jī)機(jī)頭增設(shè)一氧化碳傳感器，同時接入原控制系統(tǒng)，當(dāng)一氧化碳濃度超過預(yù)設(shè)值時進(jìn)行預(yù)警或停車。

6）對第七部皮帶機(jī)沿線增設(shè)采用帶U形銷的電纜可快速連接拉線急停、擴(kuò)音電話、撕裂傳感器、跑偏、視頻攝像頭等傳感器。

4 關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)中使用了三層工業(yè)總線：底層PLC設(shè)備控制層、區(qū)域控制層和上層管理與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控層。一礦北翼皮帶連接網(wǎng)絡(luò)示意圖，見圖2。

圖2 一礦北翼皮帶連接網(wǎng)絡(luò)示意圖

底層PLC設(shè)備控制層在硬件設(shè)計(jì)上，分站選取西門子的S7-300可編程控制器，對其擴(kuò)展CP341模塊采用485-MODBUS通訊總線實(shí)現(xiàn)對拉線急停、跑偏保護(hù)、縱撕保護(hù)的數(shù)據(jù)采集，同時擴(kuò)展模擬量與開關(guān)量模塊用于采集機(jī)頭各傳感器的保護(hù)信息及對現(xiàn)場設(shè)備的控制。軟件設(shè)計(jì)上，形成了皮帶機(jī)的啟?？刂坪凸收蠙z測控制，故障檢測程序通過對故障信號的檢測實(shí)現(xiàn)故障停機(jī)保護(hù)。區(qū)域控制層是各皮帶機(jī)頭放置的KXJ1140可編程序控制箱內(nèi)選用S7-300PLC加以太網(wǎng)模塊CP343-1進(jìn)行以太網(wǎng)通訊，組建PROFITBUS-S7總線網(wǎng)絡(luò)。上層管理與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控層采用工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與上層組態(tài)軟件的傳送，從而實(shí)現(xiàn)對皮帶機(jī)電控系統(tǒng)的監(jiān)視與控制。

5 改造效果分析

通過對北翼皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)改造，實(shí)現(xiàn)了井下多部皮帶輸送機(jī)的集中監(jiān)控，通過先進(jìn)的控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，對皮帶機(jī)的運(yùn)行和保護(hù)提供了可靠的監(jiān)測手段。該系統(tǒng)具有先進(jìn)性、安全性、可靠性的特點(diǎn)。為多部設(shè)備、連續(xù)運(yùn)輸和現(xiàn)代化監(jiān)控提供了條件，為礦井建設(shè)現(xiàn)代化、自動化高效運(yùn)輸系統(tǒng)提供了裝備，具體分析如下：

1）將系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)代化的控制和保護(hù)系統(tǒng)，通過PLC控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對皮帶機(jī)的集中控制。在第一部皮帶機(jī)控制點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)對第四、五、六、七部皮帶機(jī)及所屬給煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信息傳輸和集中監(jiān)測監(jiān)控。具有在線監(jiān)測、分析及完善的保護(hù)和報(bào)警功能。

2）該系統(tǒng)運(yùn)行以來，體現(xiàn)了可靠性和智能化的特點(diǎn)，整套系統(tǒng)操作維護(hù)簡單，節(jié)能效果好，運(yùn)行穩(wěn)定。每年高質(zhì)量監(jiān)控運(yùn)行時間超過360 d。

3）該系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)束了人員機(jī)械化的控制皮帶方式，實(shí)現(xiàn)了信息化、自動化集中控制監(jiān)測，對多部皮帶輸送機(jī)的規(guī)范化操作和管理提供了條件，同時也為減人提效和現(xiàn)代化礦井建設(shè)提供了保障。