自動(dòng)化在礦井皮帶集控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

楊國輝

（云南省興云煤礦，云南 曲靖 650041）

由于自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，在煤炭礦井生產(chǎn)中越來越廣泛使用這些技術(shù)。傳統(tǒng)礦井所使用的皮帶傳送機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，經(jīng)常存在打滑、發(fā)熱、跑偏，還可能會(huì)引起火災(zāi)，輕則影響礦井的正常運(yùn)行，重則會(huì)引起人身事故。所以，對煤炭礦井使用的皮帶傳送機(jī)集控系統(tǒng)進(jìn)行研究和分析至關(guān)重要，某種意義上來說，這將提高煤炭礦井的生產(chǎn)效率，同時(shí)，也能保證一線煤炭工人的生命安全。本文從煤炭礦井使用的皮帶傳送機(jī)實(shí)際的生產(chǎn)情況進(jìn)行分析，以供參考。

1 皮帶集控的構(gòu)成

皮帶集中控制系統(tǒng)主要指的是能夠完成煤礦皮帶傳送機(jī)集中控制和智能化操作。該系統(tǒng)使用PLC，具備超高的穩(wěn)定性和擴(kuò)展性，以及多功能的輸入輸出容量。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多種規(guī)模、多種功能的智能化控制系統(tǒng)，既能完成傳統(tǒng)的單條皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制，也能完成由多組皮帶傳送機(jī)構(gòu)成的設(shè)備的統(tǒng)一控制。該系統(tǒng)靈活穩(wěn)定，將運(yùn)行監(jiān)視和操作控制集成于一體，能夠真正意義上實(shí)現(xiàn)煤炭礦井皮帶傳送機(jī)的全自動(dòng)化操作，進(jìn)而減少人力資源，提高煤炭礦井的安全系數(shù)。

一組皮帶集中控制系統(tǒng)分別由集中控制模塊、通信傳輸模塊、二級控制單元、安全保護(hù)裝置和可視化模塊構(gòu)成。集中控制模塊主要完成對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)測與控制操作，上位機(jī)模塊完成與操作人員及現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和交互，操作人員運(yùn)用人機(jī)交互設(shè)備得到井下數(shù)據(jù)信息，特殊情況下，可以向井下設(shè)備發(fā)送手動(dòng)控制信號。通信傳輸模塊由工業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的交換與傳輸，光纖作為傳輸手段，完成對控制中心模塊上位機(jī)和井下運(yùn)作設(shè)備的通訊，將井下運(yùn)作設(shè)備的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)發(fā)送到地面控制系統(tǒng)，也可以完成上位機(jī)系統(tǒng)輸出的指令傳遞給控制器。二級控制單元界面構(gòu)成，該單元可以依照實(shí)際需求云南省興云煤礦輸入對應(yīng)的控制程序，實(shí)現(xiàn)所需的控制要求，完成對多組皮帶傳輸系統(tǒng)的手動(dòng)操作和集中控制功能?？梢暬K通過工業(yè)光纖傳輸方式，利用點(diǎn)對點(diǎn)模式將礦井下的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信號反饋給地面，通過可視化界面和計(jì)算機(jī)信號處理程序，完成對井下信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。該系統(tǒng)能夠隨時(shí)將實(shí)時(shí)產(chǎn)生的監(jiān)測信息寫入歷史數(shù)據(jù)庫中，能夠隨時(shí)查閱歷史信息，對以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，自動(dòng)產(chǎn)生反饋報(bào)表及綜合信息。在需要將皮帶傳送機(jī)集中控制系統(tǒng)某一時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)或告警信號進(jìn)行分析和研究時(shí)，可以直接將該信息作為文本存儲(chǔ)在系統(tǒng)硬盤，簡潔且高效。

2 皮帶集控的運(yùn)行形式與控制能力

（1）運(yùn)行方式。系統(tǒng)主站具備地面集中控制、井下幾種控制等多種工作模式，且具有常規(guī)的啟動(dòng)方式、停止方式、啟用通知、遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警保護(hù)、數(shù)據(jù)全程監(jiān)控記錄等多種功能。在將工作模式調(diào)整為集中控制操作時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備均由系統(tǒng)主站完成控制，能夠最大化地實(shí)現(xiàn)皮帶傳送機(jī)系統(tǒng)準(zhǔn)確高效的運(yùn)作。

（2）控制能力。地面集控室傳輸機(jī)開車運(yùn)行， 即無人運(yùn)作模式：地面集中控制操作平臺(tái)工作人員按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序或者在單組即在運(yùn)輸機(jī)設(shè)備啟動(dòng)之前，由集中控制模塊發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)，各個(gè)二級控制單元在受到啟動(dòng)運(yùn)行指令時(shí)，經(jīng)過一定時(shí)間的延遲后，檢查井下各個(gè)設(shè)備是否滿足集中控制自動(dòng)開車環(huán)境，然后，依照設(shè)定好的程序自動(dòng)開車。與此同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息是否符合正常指標(biāo)，隨后將數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)主站。在多組皮帶傳輸機(jī)的集中控制中，可以完成全線逆煤流啟動(dòng)、全線順煤流啟動(dòng)等多種開車模式。

地面集控皮帶傳輸機(jī)常規(guī)停車：地面集中控制工作人員，按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的操作順序或者單組皮帶式傳輸機(jī)，使系統(tǒng)主站給出停車命令，系統(tǒng)主站根據(jù)聯(lián)鎖關(guān)系跟相對應(yīng)的皮帶傳輸機(jī)二級控制模塊下達(dá)停車指令；各個(gè)二級控制模塊在收到停車指令后，首先，控制皮帶傳輸機(jī)，經(jīng)一定的延時(shí)后，皮帶傳輸機(jī)上的煤料傳輸完成后，自動(dòng)控制停車。當(dāng)皮帶輸送機(jī)若傳輸速度小于等于0.5 米每秒時(shí)（或按照實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行程序調(diào)節(jié)和設(shè)置），控制自動(dòng)抱閘；并反饋數(shù)據(jù)信息至地面主站。

地面集控膠帶機(jī)緊急停車：地面集中控制工作人員，按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的操作順序或單組皮帶式傳送機(jī)，在系統(tǒng)主站給予緊急停車的命令或者某一皮帶式傳送機(jī)發(fā)生緊急停車情況時(shí)，例如，堆煤、閉鎖等，則該二級控制單元觸發(fā)緊急停車，切斷主電機(jī)電源，當(dāng)皮帶式傳送機(jī)運(yùn)行速度小于等于一米每秒時(shí)（或按照生產(chǎn)需求進(jìn)行程序調(diào)節(jié)和設(shè)置）時(shí)，控制自動(dòng)抱閘；與此同時(shí)，將該數(shù)據(jù)發(fā)送至地面主站，當(dāng)?shù)孛嬷髡窘邮盏皆摱壙刂茊卧答伒木o急停車信號后，自動(dòng)與該組皮帶式傳輸機(jī)存在閉鎖關(guān)聯(lián)的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行停機(jī)處理，地面控制系統(tǒng)也給后方皮帶傳輸機(jī)機(jī)頭發(fā)出了數(shù)據(jù)。

就地控制：就地控制主要分為兩種，一種是就地單組自動(dòng)控制，另一種是就地單組手動(dòng)控制。在就地控制時(shí)，皮帶式傳輸機(jī)的啟動(dòng)和停車均由井下二級控制站完成，各個(gè)井下二級控制站不與地面集中控制系統(tǒng)聯(lián)控，不由地面主站系統(tǒng)生成的指令控制，仍然需要將設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)發(fā)送至地面主站，由地面主站系統(tǒng)監(jiān)測該井下二級控制分站的運(yùn)行情況。

3 集控系統(tǒng)的優(yōu)勢

（1）穩(wěn)定性及安全性較高。如果皮帶傳輸機(jī)集中控制系統(tǒng)在正常的操作運(yùn)行環(huán)節(jié)中，出現(xiàn)以下情況時(shí)，系統(tǒng)都能完成自動(dòng)停車以保護(hù)整個(gè)設(shè)備運(yùn)行的安全（控制的參數(shù)可以按照礦井的實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行設(shè)置）：皮帶傳輸偏移監(jiān)控和輔助保護(hù)；防滑保護(hù)；緊急停車、閉鎖保護(hù)和自動(dòng)故障辨別；堆煤告警；煙霧告警；軸溫保護(hù)；過熱自動(dòng)灑水等各種保護(hù)能力。

在所有的傳感保護(hù)裝置收到運(yùn)行數(shù)據(jù)指令時(shí)，就會(huì)向所有的二級控制模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，二級控制模塊就會(huì)發(fā)出停車命令，并且在可視化設(shè)備上反饋故障發(fā)生的位置及故障原因。其優(yōu)勢在于利用控制數(shù)據(jù)的設(shè)置在防止瞬間動(dòng)作形成的緊急停機(jī)，也能夠迅速地查找出故障位置及故障原因，與此同時(shí)，當(dāng)某個(gè)保護(hù)傳感器發(fā)生故障，引起保護(hù)動(dòng)作誤觸發(fā)，可以在地面集中控制系統(tǒng)進(jìn)行操作，切斷各個(gè)皮帶運(yùn)輸機(jī)的保護(hù)功能，這種情況下，煤礦井下無法立即進(jìn)行處置時(shí)，切斷保護(hù)功能復(fù)位后繼續(xù)運(yùn)行，等正常停機(jī)檢修維護(hù)后，解除切斷屏蔽保護(hù)，使正常的保護(hù)功能重新運(yùn)行，減少了以往的皮帶運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，需要立即停止生產(chǎn)進(jìn)行維護(hù)檢修，提高了生產(chǎn)效率，減少了時(shí)間成本。

（2）改善作業(yè)環(huán)境及節(jié)約人力成本。由于礦井皮帶集中控制系統(tǒng)能夠完成遠(yuǎn)程控制操作和監(jiān)視生產(chǎn)操作過程，地面操作工作人員只需要在地面操作控制平臺(tái)就能完成對井下各個(gè)皮帶傳輸機(jī)的啟動(dòng)運(yùn)行和停車，避免了以往的井下傳統(tǒng)皮帶運(yùn)輸機(jī)惡劣的操作工作環(huán)境，改善了工作環(huán)境條件。且礦井皮帶集中控制系統(tǒng)只需要一人或兩人就能完成一整套皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的操作控制及維護(hù)，徹底轉(zhuǎn)變了以往的一人一機(jī)的工作模式，為煤炭企業(yè)減少了人力資源成本。

（3）降低作業(yè)成本。礦井皮帶集中控制系統(tǒng)具有高度自動(dòng)化、高度智能化，因此，安全穩(wěn)定可靠。能夠及時(shí)地反饋故障原因及故障位置，對可能存在故障的位置和設(shè)備進(jìn)行提前的告警和預(yù)警，有效地防止事故的發(fā)生，自動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，為常規(guī)的檢測和維修提供了良好的數(shù)據(jù)參考。為煤炭礦井下事故頻發(fā)起到了積極預(yù)防的作用，很大程度上減少了由傳統(tǒng)皮帶傳送機(jī)產(chǎn)生的事故，減少了煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)成本。在節(jié)約人力資源后，也提高了企業(yè)管理生產(chǎn)的效率，為煤炭企業(yè)創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

煤炭礦井智能化及自動(dòng)化工作生產(chǎn)是未來發(fā)展的必然趨勢，能夠直接提高煤炭礦井的生產(chǎn)效率和安全穩(wěn)定的運(yùn)行，直接提高了煤炭企業(yè)在市場的地位。自動(dòng)化皮帶傳輸集中控制系統(tǒng)能夠?yàn)槊禾科髽I(yè)提供更高的安全穩(wěn)定性，改變了以往的井下生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無人生產(chǎn)，為今后的煤炭礦井實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，積累了相關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)。