煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)集中控制改造研究

李志國

（山西西山煤電股份有限公司西銘礦，山西 太原 030052）

引言

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使市場競爭越發(fā)激烈，將自動(dòng)化技術(shù)與煤礦機(jī)電技術(shù)相結(jié)合已經(jīng)成為了煤礦企業(yè)發(fā)展的主流趨勢[1]。積極推進(jìn)煤炭供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革，依靠科技進(jìn)步深入推進(jìn)“機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人”，推進(jìn)礦井?dāng)?shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的改造建設(shè)。通過對井下主運(yùn)輸系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)主運(yùn)輸系統(tǒng)無人值守集中控制，使礦井科技減人工作落到實(shí)處，促進(jìn)效率提升、效益提高，使安全生產(chǎn)基礎(chǔ)保障能力進(jìn)一步提升。

1 某礦主運(yùn)輸系統(tǒng)概況

某礦主運(yùn)輸系統(tǒng)采用膠帶集中連續(xù)運(yùn)輸，基本為“十”字型運(yùn)輸框架，主皮帶為中部970 皮帶，南部、中部、北部原煤分別通過南翼一部皮帶和南翼二部皮帶、1021 皮帶、北翼皮帶運(yùn)輸至1 號、2 號集中煤倉，隨后至轉(zhuǎn)載皮帶，最后通過970 主皮帶經(jīng)上倉皮帶拉運(yùn)至地面。

某礦主運(yùn)輸系統(tǒng)給煤機(jī)10 臺，包括970 主井皮帶4 100 m 處1 臺，轉(zhuǎn)載皮帶中部及機(jī)尾共4 臺（兩處給煤點(diǎn)），1021 皮帶機(jī)尾1 臺，南翼二部皮帶機(jī)尾2 臺，北翼皮帶機(jī)尾2 臺。

2 某礦主運(yùn)輸系統(tǒng)現(xiàn)狀

運(yùn)輸線路長，設(shè)備數(shù)量多，分布范圍廣，需投入大量的人力物力對主運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，且井下環(huán)境惡劣，存在著瓦斯、頂板、煤塵等多方面危險(xiǎn)因素，對井下操作維護(hù)人員的人身安全存在一定的威脅。所以，對該礦主運(yùn)輸系統(tǒng)集中控制改造迫在眉睫。

3 改造方案

970 主井皮帶機(jī)房設(shè)集中控制室，利用現(xiàn)集控機(jī)房及設(shè)備，對集控系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容改造，對該系統(tǒng)7部皮帶機(jī)及10 臺給煤機(jī)增加控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、綜合保護(hù)裝置、在線監(jiān)測及信號傳輸設(shè)備，并將各系統(tǒng)運(yùn)行情況通過光纖全部傳輸至地面機(jī)房實(shí)現(xiàn)集中控制、在線監(jiān)測。將1021、南翼一部、二部更換為變頻開關(guān)。

整個(gè)系統(tǒng)采用PLC＋上位機(jī)相結(jié)合的監(jiān)測控制方式。每個(gè)PLC 站采用不低于西門子S7-1500（CPU1516）系統(tǒng)，所有模塊均需具備熱插拔功能，內(nèi)部元器件全部采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)控制、拖動(dòng)、監(jiān)測的無縫聯(lián)接。控制部分與開關(guān)、變頻器、皮帶保護(hù)、給煤機(jī)、液壓自動(dòng)張緊裝置、盤式制動(dòng)器等其他相關(guān)的配套設(shè)施進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)所有運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測與控制。變頻控制系統(tǒng)以專用通訊和接口端子兩種方式與PLC 相連，通過以太網(wǎng)絡(luò)接入控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)測和控制。下頁圖1 為主運(yùn)輸系統(tǒng)集中控制示意圖。

4 功能的實(shí)現(xiàn)

1）集中控制功能。通過組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)集中控制，即一臺操作員站同時(shí)控制多部帶式輸送機(jī)及配套設(shè)施的啟動(dòng)、停止、緊急停車閉鎖、復(fù)位、運(yùn)行方式選擇等操作。

2）遠(yuǎn)程監(jiān)測功能。通過集中控制監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對主運(yùn)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)、保護(hù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。顯示帶式輸送機(jī)的啟停狀態(tài)、電流、電壓、功率、帶速、溫度、張力等保護(hù)的運(yùn)行參數(shù)。顯示煤倉的料位情況；顯示二次破碎機(jī)、給煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

3）安全保護(hù)功能。將帶式輸送機(jī)裝設(shè)的安全保護(hù)裝置接入控制系統(tǒng)，保護(hù)動(dòng)作情況在人機(jī)界面顯示并記錄于故障數(shù)據(jù)庫[2]。堆煤保護(hù)動(dòng)作持續(xù)時(shí)間大于200 ms 時(shí)，帶式輸送機(jī)將停止運(yùn)行。

4）視頻監(jiān)視功能。機(jī)頭、機(jī)尾、轉(zhuǎn)載點(diǎn)、卸載點(diǎn)及各主要部位都安裝視頻監(jiān)控裝置，攝像裝置選用具備紅外功能的高清防爆攝像頭。視頻監(jiān)控裝置具備完整的存儲、錄像功能，存儲時(shí)間不少于30 d。

圖1 主運(yùn)輸系統(tǒng)集中控制示意圖

5）語音報(bào)警功能。具備設(shè)備開機(jī)預(yù)警、異常告警、保護(hù)動(dòng)作告警等，且有文字彈出窗口和聲音提示。

6）故障記憶功能。當(dāng)設(shè)備環(huán)節(jié)發(fā)生故障時(shí)，集控機(jī)房操作員站自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)故障報(bào)警窗口，告知故障的性質(zhì)、種類及位置，所有故障記錄可查詢。

7）記錄存儲檢索功能。歷史數(shù)據(jù)庫記錄設(shè)備運(yùn)行和保護(hù)裝置動(dòng)作情況，存儲時(shí)間不少于帶式輸送機(jī)的使用壽命，具備多重模糊過濾、查找功能，并可以按照要求生成報(bào)表。

8）自診斷功能。系統(tǒng)能根據(jù)各保護(hù)動(dòng)作信息對系統(tǒng)通訊、保護(hù)裝置、設(shè)備情況等進(jìn)行綜合判斷。

9）權(quán)限管理功能。分為管理員權(quán)限和操作員權(quán)限。管理員可以分配系統(tǒng)操作員賬號和權(quán)限，以保證系統(tǒng)操作的安全性。操作員可設(shè)置登錄密碼，登錄系統(tǒng)后進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行操作。

10）對時(shí)功能。具備網(wǎng)絡(luò)對時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)所有具備計(jì)時(shí)功能的設(shè)備時(shí)間與北京時(shí)間一致，誤差不超過1 s。

11）計(jì)時(shí)功能。分別統(tǒng)計(jì)各臺帶式輸送機(jī)本班、本日、本月、本年和全壽命累積運(yùn)行時(shí)間。對于稱重裝置能夠統(tǒng)計(jì)對應(yīng)時(shí)段的累積運(yùn)輸量，并以此為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合其他運(yùn)行參數(shù)綜合評估設(shè)備健康狀況，給出設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)建議。

12）語音通訊功能。具備地面集控室和現(xiàn)場皮帶機(jī)沿線語音擴(kuò)播裝置雙向喊話功能。帶式輸送機(jī)沿線急停選用就地閉鎖解鎖和語音通話功能，便于操作迅速解除故障。

13）事件記錄功能。系統(tǒng)可記錄帶式輸送機(jī)的輔助設(shè)備，如保護(hù)裝置、張緊裝置、制動(dòng)裝置等輔助設(shè)備的啟、停事件，并可查詢、追溯。

14）系統(tǒng)擴(kuò)展功能。管理員可以根據(jù)生產(chǎn)需要增加或減少原系統(tǒng)中的設(shè)備數(shù)量及控制功能。

5 應(yīng)用效果

通過對該礦主運(yùn)輸系統(tǒng)集中控制改造，能夠?qū)崿F(xiàn)一站同時(shí)控制多部帶式輸送機(jī)及配套設(shè)施的各項(xiàng)操作，實(shí)時(shí)監(jiān)測主運(yùn)輸系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及各項(xiàng)參數(shù)。通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析即可遠(yuǎn)程精準(zhǔn)掌控主運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、診斷故障原因、評估設(shè)備健康狀況等，同時(shí)減少了井下作業(yè)人數(shù)，提高了工作效率，應(yīng)用效果良好，符合煤礦智能化發(fā)展趨勢。

6 結(jié)語

隨著煤礦自動(dòng)化水平的不斷提高，高產(chǎn)高效綜采工作面不斷增加，煤炭運(yùn)輸環(huán)節(jié)的重要性更加凸顯。對某礦主運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，實(shí)現(xiàn)對主運(yùn)輸系統(tǒng)所有膠帶機(jī)及給煤機(jī)的集中控制，預(yù)留有前后級皮帶的聯(lián)鎖接點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)順煤流啟停功能。通過集中控制平臺上的一鍵啟停操作，自動(dòng)完成皮帶機(jī)的系統(tǒng)邏輯控制、保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)控、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)等。通過集中控制系統(tǒng)對筒倉的料位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，直觀展示運(yùn)輸系統(tǒng)各個(gè)筒倉、煤倉煤量，便于值班人員及時(shí)調(diào)度和檢修，為主運(yùn)輸系統(tǒng)的無人值守安全運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。主運(yùn)輸系統(tǒng)地面集中控制，井下無人操作，提高了膠帶運(yùn)輸機(jī)現(xiàn)代化管理水平。