礦區(qū)煤炭機械化采制樣系統(tǒng)集中控制及管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

胡志偉,趙忠輝

(1.煤炭科學技術研究院有限公司 檢測分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室， 北京 100013)

神東礦區(qū)現(xiàn)有在用膠帶中部煤炭機械化采制樣系統(tǒng)已達11套，系統(tǒng)分別單獨控制，由此造成不必要的勞動力浪費及增加人工成本，且不利于統(tǒng)一掌握現(xiàn)場設備作業(yè)狀態(tài)與開展生產(chǎn)管理。

集中控制、管理系統(tǒng)的設置可實現(xiàn)對礦區(qū)現(xiàn)有膠帶中部采樣運行的集中控制、關鍵設備及核心工作區(qū)的實時監(jiān)控，通過實時語音對講系統(tǒng)來實現(xiàn)現(xiàn)場人員調度。由煤炭機械化采樣相關研究[1-23]可知，通過軟硬件設計實現(xiàn)將監(jiān)測、控制、調度指揮功能的有機集成，真正形成“生產(chǎn)集中控制及調度指揮中心”，體現(xiàn)現(xiàn)代化煤炭檢測對信息化的要求。

1 系統(tǒng)設計

1.1 集中控制

設置機械化采制樣系統(tǒng)集中控制室，實現(xiàn)大柳塔4套、布爾臺3套以及上灣、哈拉溝、石圪臺、榆家梁共計11套機械化采制樣系統(tǒng)的集中控制，并預留控制接口及設備冗余，為后續(xù)其他化驗室采制樣系統(tǒng)的接入提供硬件條件。

集中控制室操作人員可根據(jù)車次、煤種等實時信息對對應機械化采制樣系統(tǒng)進行操作控制。采制樣操作連續(xù)進行，直至所需批量完成或操作人員停止系統(tǒng)作業(yè)為止。采樣器停止，系統(tǒng)將自行清除采樣器內的物料。監(jiān)控主界面包含動態(tài)顯示區(qū)、采樣方式和流程選擇區(qū)、原始數(shù)據(jù)錄入對話框、報警彈出窗口、歷史數(shù)據(jù)查詢區(qū)、手動操作區(qū)、電路狀態(tài)查詢區(qū)、設備測試操作區(qū)，包含操作、顯示和報表打印等功能。在計算機終端，錄入礦種、車次、噸位、批量等信息，軟件根據(jù)錄入信息和預置數(shù)據(jù)庫自主生成計劃采樣數(shù)、采樣間隔等流程控制參數(shù)，由程控軟件控制選定的單元設備執(zhí)行采樣流程；發(fā)生故障，發(fā)出聲光報警和文字提示信息，統(tǒng)計事故地點、級別并歸檔[1]。

煤炭膠帶中部采制樣系統(tǒng)(上灣)監(jiān)控界面如圖1所示。

圖1 煤炭膠帶中部采制樣系統(tǒng)(上灣)監(jiān)控界面

監(jiān)控主界面能夠給實時顯示每套機械化采制樣系統(tǒng)的關鍵信息:采樣周期、采樣次數(shù)、系統(tǒng)運行狀態(tài)、主膠帶運行狀態(tài)等。主輸煤膠帶開始運行后，控制系統(tǒng)會通過聲光提示操作人員對信息進行確認，提醒操作人員將對應取制樣系統(tǒng)啟動運行，裝車完成主輸煤膠帶停止運行后延時2 min后，取制樣系統(tǒng)隨之停止運行。煤炭膠帶中部采制樣集中控制系統(tǒng)監(jiān)控主界面如圖2所示。

圖2 煤炭膠帶中部采制樣集中控制系統(tǒng)監(jiān)控主界面

1.2 視頻監(jiān)控

集中控制室內設置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)有11套膠帶采制樣系統(tǒng)的關鍵設備及核心工作區(qū)域的實時監(jiān)控。視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于煤炭采制樣系統(tǒng)中作業(yè)過程的監(jiān)視，能夠實時了解系統(tǒng)運行情況，尤其可了解關鍵設備的運轉情況，即該監(jiān)控系統(tǒng)可起到很好的故障預警和設備保護的作用，有利于生產(chǎn)管理及提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)可實時、直觀地監(jiān)控煤炭采制樣系統(tǒng)的運行情況，通過與采制樣系統(tǒng)上位機運行監(jiān)控界面的配合使用，能夠實現(xiàn)對采制樣系統(tǒng)的實時監(jiān)控和集中控制；如發(fā)現(xiàn)異常情況，控制室操作人員可及時調動相關人員親臨現(xiàn)場解決問題，將損失降至最小，因而視頻監(jiān)控系統(tǒng)對指揮采制樣現(xiàn)場工作具有十分重要的意義[2]。

1.3 生產(chǎn)調度

通過監(jiān)控界面顯示的系統(tǒng)作業(yè)信息及視頻監(jiān)控實時傳輸現(xiàn)場畫面，同時通過語音調度系統(tǒng)對現(xiàn)場工作人員實現(xiàn)合理調配?？刂剖覂仍O置指揮調度中心，控制室操作人員可通過調度指揮中心實現(xiàn)與對應化驗室工作人員的通話?？赏ㄟ^語音廣播實現(xiàn)對所有化驗室的應急廣播，或連接專業(yè)廣播系統(tǒng)，提醒相關人員按照預案進行處理,可有效提高員工處理突發(fā)事件的能力，避免因慌亂而造成更大的損失。

2 功能實現(xiàn)

2.1 項目內容

2.1.1總體網(wǎng)絡建設

總體網(wǎng)絡采用統(tǒng)一的傳輸網(wǎng)絡平臺，解決傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸速率低、傳輸協(xié)議各異、各子系統(tǒng)獨立組網(wǎng)及多異構子系統(tǒng)并存等問題。

2.1.2生產(chǎn)調度指揮控制中心的建設

(1)硬件基礎:調度指揮控制中心計算機平臺及網(wǎng)絡的構建；工業(yè)電視及大屏幕顯示系統(tǒng)建設；生產(chǎn)指揮語音調度指揮系統(tǒng)的建設。

(2)軟件設計:采制樣集成控制軟件的設計研發(fā)；視頻監(jiān)控及語音通訊系統(tǒng)軟件集成；采制樣系統(tǒng)設備信息數(shù)據(jù)庫服務器的數(shù)據(jù)備份[3]。

(3)通過軟硬件設計實現(xiàn)將監(jiān)測、控制、調度指揮功能有機地集成在一起，真正形成“生產(chǎn)集中控制及調度指揮中心”，體現(xiàn)現(xiàn)代化煤礦對信息化的要求。

2.2 集中控制

2.2.1總體要求

將礦區(qū)現(xiàn)有11套膠帶中部采樣系統(tǒng)進行集中控制，控制室設在公司辦公樓內。相應的上位機操作系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一安裝在裝船采制樣控制室，控制室內空間布局要合理。

2.2.2現(xiàn)場通信

選用高質量交換機、光纖、光電轉換器等設備進行通信，確保系統(tǒng)控制信號延遲小于50ms，確保工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)延遲不高于500ms[4]。

2.2.3上位機界面

對于集中控制后的共11套機械化采樣控制界面進行設計研發(fā)，確?？刂平缑嬉恢?。在上位機增加一級主界面，主界面要求顯示11套機采設備相關信息，主要包括:①設備運行情況，是否正在作業(yè)；②采樣周期、切割器運行周期；③子樣數(shù)、子樣重量；④對應主輸煤膠帶的運行情況。

2.3 視頻監(jiān)控

2.3.1方案設計

為保證控制室操作員及時準確和全面地了解現(xiàn)場的作業(yè)情況，設置工業(yè)電視監(jiān)視裝置。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的配置方式按照“全數(shù)字”方案設計，其主控設備為視頻服務器，網(wǎng)絡設備組成獨立局域網(wǎng)，系統(tǒng)實現(xiàn)圖像信號的數(shù)字化傳輸、硬盤錄像等。所有視頻信號均直接輸入視頻服務器，視頻服務器將視頻信號轉換為計算機網(wǎng)絡信號傳輸至數(shù)字矩陣，通過數(shù)字矩陣對視頻信號進行整理輸出。

2.3.2設備選型

每套采制樣系統(tǒng)須分別在主膠帶、初采器、給料機、縮分器、樣品收集處等關鍵設備上安裝紅外線攝像頭，以監(jiān)視設備內部運行狀況及系統(tǒng)內料流情況。

采制樣核心工作場所每層需安裝紅外攝像機以實現(xiàn)360度全覆蓋，圖象信號接入ITV監(jiān)控站。制樣塔及控制外圍安裝360度云臺攝像機，用于觀察工作場所人員進出情況。

ITV監(jiān)控站:高分辨率60英寸壁掛式液晶彩顯；監(jiān)控站能實現(xiàn)矩陣、畫面分割、控制、硬盤數(shù)字錄像(至少記錄30 d可自動覆蓋的圖象信息)及回放等功能一體化。

2.3.3使用權限

此監(jiān)控系統(tǒng)搭建完成后，其管理部門領導可通過任何一臺在網(wǎng)的電腦對每個環(huán)節(jié)的監(jiān)控視頻、每一路視頻圖像控制及現(xiàn)場聲音監(jiān)聽進行實時查看。根據(jù)平臺設置的多級別訪問權限，化驗室領導可隨時監(jiān)看自己所管轄區(qū)域的視頻圖像，而公司領導是最高權限者，其可監(jiān)控所有在網(wǎng)視頻圖像。

2.4 生產(chǎn)調度

生產(chǎn)調度即為指令通訊系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有廣播、呼叫和通話功能，將進行作業(yè)流程預告、廣播呼叫及電話調度通信，以輔助控制系統(tǒng)對生產(chǎn)作業(yè)實行控制。系統(tǒng)設備由主機、指令端和揚聲器組成，其主機安裝在公司中央控制室。指令端分桌機和壁掛2種，在中央控制室等處設置桌式指令端局；在采制樣作業(yè)現(xiàn)場設置壁掛式指令端局，作業(yè)現(xiàn)場設置揚聲器。集中控制室現(xiàn)場布置如圖3所示。

圖3 集中控制室現(xiàn)場布置圖

3 創(chuàng)新點

(1)從軟硬件配置、網(wǎng)絡結構、數(shù)據(jù)結構及地理位置上實現(xiàn)了現(xiàn)有膠帶中部機械化采樣機系統(tǒng)運行的監(jiān)測、控制、調度指揮功能和數(shù)據(jù)、語音、視頻信息的有機集成，形成了比較完整的“生產(chǎn)集中控制及調度指揮中心”。

(2)研制的軟件和硬件解決了不同的取制樣控制系統(tǒng)中不同傳輸協(xié)議與工業(yè)總線的接入問題。

(3)系統(tǒng)除采用冗余環(huán)形網(wǎng)、多終端互備之處，在數(shù)據(jù)服務器、磁盤陣列、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫軟件及組態(tài)軟件等方面均具備兼容性，建立合理的軟件體系及保證系統(tǒng)的高可靠性，為下一步新的采樣系統(tǒng)的并入提供了必要條件。

(4)膠帶中部機械化取制樣集中控制系統(tǒng)能夠很大程度提升煤炭機械化采制樣的效率，提高煤炭采制樣系統(tǒng)的科學化、現(xiàn)代化，減少操作人員配置數(shù)量，增強其工作安全性。