南屯煤礦主皮帶集控系統(tǒng)升級(jí)設(shè)計(jì)

程善鵬

摘 要：皮帶運(yùn)輸是煤礦安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，皮帶運(yùn)輸效率直接影響全礦的生產(chǎn)效益。一套安全、穩(wěn)定的主煤流自動(dòng)化控制系統(tǒng)不僅能夠減少安全生產(chǎn)的隱患，而且能夠提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：集控;工業(yè)以太網(wǎng);光纖傳輸;視頻監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TD67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）13-0177-02

1 皮帶集控現(xiàn)狀

南屯煤礦目前共有11部皮帶，皮帶集控系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)行十五年，受當(dāng)時(shí)技術(shù)、控制理念和資金等方面的制約以及設(shè)備老化等因素，現(xiàn)有控制系統(tǒng)存在以下問題：

（1）現(xiàn)有集控系統(tǒng)各分站通訊采用MPI串點(diǎn)連接，控制風(fēng)險(xiǎn)比較集中，故障率高。通訊電纜抗干擾能力差。地面集控室上位機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)通訊中斷，造成集控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)癱瘓;上位機(jī)因?yàn)橥ㄓ嵐收?，反?yīng)遲鈍，造成操作人員下發(fā)命令，系統(tǒng)停止響應(yīng)，停皮帶不及時(shí);皮帶機(jī)處于控制盲區(qū)，給皮帶安全運(yùn)行帶來隱患。（2）系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行，一些關(guān)鍵元件逐漸老化，整個(gè)系統(tǒng)的故障率明顯增多，維護(hù)量增大，給生產(chǎn)帶來了隱患。（3）控制系統(tǒng)采用主從站形式連接，主站掉電地面上位機(jī)就無法連接井下PLC導(dǎo)致整個(gè)皮帶集控系統(tǒng)都無法使用。（4）后續(xù)陸續(xù)增加皮帶集控導(dǎo)致MPI網(wǎng)絡(luò)越來越復(fù)雜，一旦控制系統(tǒng)某一處MPI通訊存在問題，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)。（5）攝像儀數(shù)量少一些重要位置無法覆蓋。（6）皮帶沿線保護(hù)動(dòng)作無語音提示。（7）電機(jī)溫度、滾筒溫度、減速機(jī)溫度、油泵油壓、電機(jī)震動(dòng)等信號(hào)未采集。（8）地面集控室視頻顯示終端老化，不能滿足現(xiàn)有視頻系統(tǒng)要求。（9）主副井提升信號(hào)采集及遠(yuǎn)程監(jiān)控。

綜上所述，需要對(duì)當(dāng)前集控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。改造后系統(tǒng)井下PLC控制分站間采用以太網(wǎng)通訊，整個(gè)皮帶集控系統(tǒng)組成一個(gè)獨(dú)立的環(huán)網(wǎng)，便于檢修維護(hù)。站與站之間的通訊介質(zhì)采用光纖。

2 系統(tǒng)改造涉及設(shè)備

皮帶集控系統(tǒng)升級(jí)改造涉及到的設(shè)備如圖1。

3 系統(tǒng)升級(jí)后通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

如圖2系統(tǒng)構(gòu)架，皮帶集控系統(tǒng)升級(jí)后，形成1個(gè)獨(dú)立的千兆環(huán)網(wǎng)。其中九采二分區(qū)PLC控制分站通過光纖收發(fā)器連接到九采一分區(qū)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，九采一分區(qū)PLC控制分站通過網(wǎng)線連接到九采一分區(qū)環(huán)網(wǎng)交換機(jī);一采強(qiáng)力PLC控制分站通過網(wǎng)線連接到8#倉分煤PLC控制分站，8#倉分煤PLC控制分站通過光纖收發(fā)器連接到東翼一部環(huán)網(wǎng)交換機(jī);三采東部橫貫PLC控制分站通過光纖收發(fā)器連接到一采東部環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，一采東部PLC控制分站通過網(wǎng)線連接到一采東部環(huán)網(wǎng)交換機(jī);西三PLC控制分站通過光纖收發(fā)器連接到一采東部環(huán)網(wǎng)交換機(jī);西二PLC控制分站通過光纖收發(fā)器連接到一采東部環(huán)網(wǎng)交換機(jī);西一PLC控制分站通過光纖收發(fā)器連接到一采東部環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。

地面集控室設(shè)置一臺(tái)24口全千兆交換機(jī)，分別與井下千兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、集控室計(jì)算機(jī)、解碼器、網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)連接，通過以太網(wǎng)絡(luò)讀取控制信息和視頻信息。集控室設(shè)置兩臺(tái)集控計(jì)算機(jī)和一臺(tái)視頻控制計(jì)算機(jī)，集控計(jì)算機(jī)一臺(tái)用于監(jiān)視及控制井下皮帶集控，一臺(tái)用于監(jiān)視及控制裝載集控系統(tǒng)，視頻控制計(jì)算機(jī)，用于控制視頻圖像顯示到某一塊顯示屏，或者分割顯示，還可以訪問硬盤錄像機(jī)讀取歷史視頻記錄。

4 集控系統(tǒng)升級(jí)的主要內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)的功能

（1）遠(yuǎn)方控制功能。地面操作員通過集控室計(jì)算機(jī)控制皮帶和給煤機(jī)的啟停、故障復(fù)位、急停、開關(guān)遠(yuǎn)程送電等操作，實(shí)現(xiàn)井下的無人值守。（2）監(jiān)測(cè)及顯示功能。操作員通過集控室計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮帶、給煤機(jī)的各種參數(shù)，同時(shí)顯示井下現(xiàn)場(chǎng)操作箱實(shí)時(shí)的顯示通訊狀態(tài)、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)電流、皮帶保護(hù)狀態(tài)、皮帶停車原因、皮帶運(yùn)行速度、開關(guān)掉電原因等。（3）網(wǎng)絡(luò)冗余功能。井下以太環(huán)網(wǎng)通過管理軟件實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)的冗余傳輸功能，各信號(hào)互不影響。（4）遠(yuǎn)方編程功能。調(diào)試人員可以在集控室通過專用軟件STEP7，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方修改、調(diào)試的功能。（5）報(bào)表管理功能。上位機(jī)對(duì)各設(shè)備的運(yùn)行累計(jì)時(shí)間及每次啟停時(shí)間、停車原因、保護(hù)動(dòng)作時(shí)間記錄并生成報(bào)表。操作員可以選擇時(shí)間段查詢以上參數(shù)，便于生產(chǎn)管理。（6）保護(hù)功能。系統(tǒng)具有煙霧、跑偏、低速打滑、超溫、堆煤、防撕裂等2016版《煤礦安全規(guī)程》要求保護(hù)。（7）保護(hù)遠(yuǎn)方屏蔽功能。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)損壞時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)又急于開車，地面操作人員可以通過上位機(jī)將相應(yīng)保護(hù)屏蔽，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急開車。（8）網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能。視頻信號(hào)和集控室上位機(jī)設(shè)備參數(shù)，以網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的形式傳入地面局域網(wǎng)，局域網(wǎng)內(nèi)的任一客戶端都可以查詢發(fā)布的信息。（9）上位機(jī)聲音提示功能。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，上位機(jī)會(huì)給出相應(yīng)的聲音提示，故障確認(rèn)后聲音消失。當(dāng)操作員開啟設(shè)備時(shí)，上位機(jī)也會(huì)給出相應(yīng)提示，動(dòng)作完成后消失。（10）停車原因。皮帶每次停車上位機(jī)都會(huì)顯示停車原因，停車原因包括：正常停車、保護(hù)動(dòng)作停車、順啟超時(shí)停車、閉鎖關(guān)系停車、急停停車、通訊故障停車。（11）歷史視頻訪問功能。通過瀏覽器可以訪問硬盤錄像機(jī)，有權(quán)限的用戶可以選擇時(shí)間段瀏覽歷史視頻，并支持下載。（12）電機(jī)、減速機(jī)、驅(qū)動(dòng)滾筒溫度、振動(dòng)在上位機(jī)上顯示。每條皮帶實(shí)時(shí)顯示每臺(tái)電機(jī)、減速機(jī)、驅(qū)動(dòng)滾筒溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度過高時(shí)報(bào)警提示并自動(dòng)停機(jī)（需增加溫度過高屏蔽功能），需預(yù)留出其他改向滾筒溫度接入端口（每條皮帶按8臺(tái)改向滾筒計(jì)算）。（13）實(shí)現(xiàn)地面控制電機(jī)磁力啟動(dòng)器開關(guān)切換。上位機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)每條皮帶驅(qū)動(dòng)開關(guān)切換，即當(dāng)1#驅(qū)動(dòng)電機(jī)A套開關(guān)故障是，上位機(jī)可將1#驅(qū)動(dòng)切換為B套開關(guān)。（14）使用調(diào)速型液力耦合器的皮帶實(shí)現(xiàn)冷卻水聯(lián)動(dòng)。使用調(diào)速型液力耦合器的皮帶當(dāng)皮帶啟動(dòng)時(shí)，調(diào)速型液力耦合器冷卻水自動(dòng)開啟，當(dāng)皮帶停止時(shí)，冷卻水自動(dòng)關(guān)閉。（15）預(yù)留滑軌攝像頭控制接口及監(jiān)控控制。后期改造方案中每條皮帶均要實(shí)現(xiàn)滑軌攝像頭監(jiān)控，井下控制臺(tái)預(yù)留出滑軌攝像系統(tǒng)接口，地面監(jiān)控要實(shí)現(xiàn)每條皮帶單獨(dú)控制滑軌攝像機(jī)前進(jìn)、后退、左右旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鏡頭放大、縮小功能。（16）實(shí)現(xiàn)張緊力數(shù)據(jù)采集功能。實(shí)時(shí)顯示每條皮帶張緊力大小。（17）上位機(jī)語音廣播功能。地面上位機(jī)通過點(diǎn)擊某條皮帶或按下說話按鈕后，井下相應(yīng)皮帶能聽到地面人員語音（若暫時(shí)無法實(shí)現(xiàn)，可預(yù)留接口）。（18）皮帶遠(yuǎn)程控制時(shí)，井下打點(diǎn)信號(hào)地面上位機(jī)聲音及信號(hào)提示。當(dāng)皮帶無人值守時(shí)，井下施工人員在某一地點(diǎn)打點(diǎn)要求開車時(shí)，地面上位機(jī)上顯示打點(diǎn)位置，有聲音提示及在相應(yīng)皮帶上顯示開車提示標(biāo)志。（19）給煤機(jī)相關(guān)參數(shù)顯示。實(shí)時(shí)顯示各給煤機(jī)電機(jī)電流，顯示電機(jī)及減速機(jī)溫度及振動(dòng)情況（給煤機(jī)距離PLC控制柜超過200米無法實(shí)現(xiàn)）。（20）盤式制動(dòng)器與皮帶聯(lián)動(dòng)及信息采集。當(dāng)皮帶開機(jī)時(shí)，盤式制動(dòng)器自動(dòng)敞開閘盤并反饋信號(hào)，皮帶停機(jī)時(shí)，盤式制動(dòng)器自動(dòng)抱閘。采集盤式制動(dòng)器閘間隙、油壓力、溫度等信息并在上位機(jī)上顯示。（21）煤倉煤位數(shù)據(jù)顯示。皮帶機(jī)頭操作臺(tái)及上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示煤倉煤位。

5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

（1）根據(jù)現(xiàn)有集控室尺寸，需要配置16塊46寸液晶拼接屏，拼接屏規(guī)格為4行4列，液晶拼接面板選用三星5.5拼縫高亮液晶拼接面板。（2）液晶拼接大屏幕可以用于顯示視頻監(jiān)控畫面和工藝流程畫面。（3）拼接大屏支架選用單元體組合方式，選用鋁型材框架結(jié)構(gòu)，便于安裝和維護(hù)，拼接屏底座采用組合機(jī)柜的方式，可以前后開門，相關(guān)的處理設(shè)備可以放置在機(jī)柜內(nèi)，便于維護(hù)。（4）視頻的拼接、分割、解碼選用?？祵Ｓ玫钠唇犹幚砥鱽韺?shí)現(xiàn)，錄像采用海康威視128路嵌入式硬盤錄像機(jī)來實(shí)現(xiàn)。（5）本系統(tǒng)完成后，最大支持128路視頻存儲(chǔ)，能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的拼接、漫游、分割、報(bào)警彈屏、移動(dòng)偵測(cè)、報(bào)警輸出等功能。（6）可以對(duì)電視墻進(jìn)行配置，通過配置可以在液晶大屏和主控計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示前端任意一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的圖像，電視墻上每塊屏幕可以進(jìn)行1、4、6、8、9、10、12、13、16等畫面分割，滿足監(jiān)控需求。（7）攝像機(jī)分組：為查看方便，系統(tǒng)平臺(tái)支持按照邏輯區(qū)域、設(shè)備類別等進(jìn)行分組，用戶應(yīng)能直觀的通過列表查看到前端所在位置，提高監(jiān)控操作效率。（8）輪巡：系統(tǒng)具備視頻自動(dòng)巡視功能，在可設(shè)定的間隔時(shí)間內(nèi)對(duì)全網(wǎng)的監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行圖像巡檢，參與輪巡的對(duì)象應(yīng)能任意設(shè)定，輪巡間隔時(shí)間可設(shè)置。除系統(tǒng)定義外，支持操作人員自己定義，編輯所需的巡視組。（9）攝像機(jī)信息設(shè)置：能設(shè)置系統(tǒng)內(nèi)所有攝像機(jī)的標(biāo)題、IP、名稱、所在區(qū)域、場(chǎng)所等信息。（10）系統(tǒng)能通過統(tǒng)一的調(diào)整工具，支持實(shí)時(shí)設(shè)定前端設(shè)備的各種參數(shù)，如碼率、品質(zhì)、分辨率、制式、幀頻、色彩、音量等。（11）云臺(tái)和快球控制：支持方向控制、自動(dòng)掃描、預(yù)置位管理、光圈焦距管理、鏡頭縮放;云臺(tái)速度可調(diào)。（12）畫面抓拍：支持將任意實(shí)時(shí)圖像存放成JPEG、BMP、MPEG-4、H.264或M-JEPG格式的圖像。（13）手動(dòng)錄像：當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況，調(diào)度人員可以根據(jù)當(dāng)前情況進(jìn)行手動(dòng)錄像。（14）回放功能：調(diào)度人員能進(jìn)行本地回放以及遠(yuǎn)程回放。

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