寺河二號井井下皮帶集控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

李 東

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)寺河煤礦二號井，山西 晉城 048000）

煤礦帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)是實現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效的重要手段。針對井下運(yùn)輸系統(tǒng)線路長、轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)多、崗位多、環(huán)境惡劣等諸多問題，為實現(xiàn)皮帶輸送高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、安全節(jié)能、減員增效的目標(biāo)，綜合應(yīng)用傳感檢測技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)自動化技術(shù)研發(fā)的皮帶運(yùn)輸集中控制系統(tǒng)成為建設(shè)現(xiàn)代化礦井的發(fā)展方向[1-4]。目前，我國煤礦的自動化控制水平日益增強(qiáng)，但距離實現(xiàn)綜合自動化管理還有較大的差距，針對寺河二號井皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)存在的問題，研發(fā)一套適合井下現(xiàn)場的運(yùn)輸膠帶集控系統(tǒng)成為提升礦井管理水平的有效途徑。

1 技術(shù)現(xiàn)狀

寺河二號井目前已初步建立井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)已覆蓋各主要皮帶大巷，主干傳輸鏈路采用千兆光纖搭建，部分皮帶機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)已接入環(huán)網(wǎng)上傳至地面，但僅能實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測和視頻顯示，不具備對皮帶機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制功能。經(jīng)現(xiàn)場實地調(diào)研，現(xiàn)有皮帶遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要存在以下問題：（1）人力成本較高。雖然每條皮帶機(jī)都安裝有皮帶保護(hù)控制系統(tǒng)，但仍需安排現(xiàn)場操作人員。（2）事故處理不及時。地面與井下主要皮帶沿線未實現(xiàn)實時通話。（3）視頻監(jiān)控設(shè)備安裝不到位。僅在井下主運(yùn)皮帶機(jī)頭安裝普通視頻攝像頭，驅(qū)動設(shè)備、滾筒、抱閘等關(guān)鍵設(shè)備未安裝。

2 集控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

（1）實用性

實用性是本系統(tǒng)設(shè)計時需遵循的首要原則。系統(tǒng)功能的實用化是衡量信息管理系統(tǒng)建設(shè)成功與否的基本標(biāo)準(zhǔn)，是該系統(tǒng)為礦井生產(chǎn)創(chuàng)造高效運(yùn)行環(huán)境的重要方面，必須以滿足礦井現(xiàn)場需求為系統(tǒng)研發(fā)的出發(fā)點。

（2）先進(jìn)性

現(xiàn)場采用音頻信號處理器通過VOIP 協(xié)議將各部皮帶沿線模擬音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過井下布置的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，實現(xiàn)調(diào)度控制室與井下各皮帶沿線擴(kuò)音電話的實時通話和應(yīng)急廣播功能；采用當(dāng)今國內(nèi)外最先進(jìn)的三層結(jié)構(gòu)模式進(jìn)行集控系統(tǒng)研發(fā)，融合面向?qū)ο蠹夹g(shù)、多線程技術(shù)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。

（3）安全性

集控系統(tǒng)應(yīng)采用穩(wěn)定的、成熟的先進(jìn)技術(shù)，對現(xiàn)場可能出現(xiàn)的各種情況作出相應(yīng)的保護(hù)設(shè)計和熱備份設(shè)計，以確保集控系統(tǒng)無故障平穩(wěn)運(yùn)行。所有重點設(shè)備均應(yīng)采用冗余方式設(shè)計[5-7]。

2.2 系統(tǒng)組成

2.2.1 集控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

皮帶保護(hù)控制系統(tǒng)是整個集控系統(tǒng)的核心部分，一方面將現(xiàn)場收集到的皮帶運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳到地面，另一方面將地面監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的啟停指令傳遞給井下皮帶機(jī)，其中所有數(shù)據(jù)的傳輸都離不開礦井工業(yè)環(huán)網(wǎng)。目前，寺河二號井采用GEPON 工業(yè)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，它克服了傳統(tǒng)的電信號通信及光/電混合應(yīng)用通信的弊端，充足的帶寬完全可滿足井下視頻、語音及數(shù)據(jù)傳輸需求。

2.2.2 上位機(jī)軟件設(shè)計

在上位機(jī)軟件設(shè)計和開發(fā)過程中，通過調(diào)研國內(nèi)皮帶集控系統(tǒng)上位機(jī)軟件的功能，結(jié)合目前寺河二號井井下皮帶運(yùn)行維護(hù)狀態(tài)，設(shè)計出完全滿足礦方生產(chǎn)需要的上位機(jī)程序。該組態(tài)軟件可提供可視化圖形開發(fā)環(huán)境，真彩顯示圖形，并提供豐富的繪圖工具、先進(jìn)的圖形處理技術(shù)以及實現(xiàn)更生動效果的動畫連接，最大程度滿足用戶對現(xiàn)場的管理需求。單條皮帶運(yùn)行控制界面如圖1。

圖1 單條皮帶運(yùn)行控制界面

2.2.3 語音通訊設(shè)計

語音控制系統(tǒng)是通過井下信號轉(zhuǎn)換器，采用VOIP 協(xié)議將各皮帶機(jī)沿線模擬音頻信號轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)數(shù)字信號，就近連接到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，實現(xiàn)調(diào)度室與各皮帶沿線擴(kuò)音電話的通話和應(yīng)急廣播功能。

2.2.4 視頻監(jiān)控設(shè)計

皮帶集控系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控子系統(tǒng)采用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，解決模擬攝像頭清晰度低、布線不靈活、升級改造困難等難題。綜合考慮井下環(huán)境的特殊性，選取支持電纜連接傳輸1.5 km 的高清礦用本安型攝像機(jī)，其具有強(qiáng)光抑制、自帶補(bǔ)光、背光補(bǔ)償、寬動態(tài)、數(shù)字降噪等特點。井下實時監(jiān)控畫面如圖2。

圖2 井下實時監(jiān)控畫面

3 系統(tǒng)優(yōu)點及經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 系統(tǒng)優(yōu)點

（1）實現(xiàn)井下各部皮帶語音通訊的模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，并與原有的調(diào)度電話集成，可實現(xiàn)調(diào)度室與井下主皮帶沿線語音廣播的互相通訊，一旦發(fā)生緊急事件，可立即通知現(xiàn)場人員撤離。

（2） 地面調(diào)度室通過組態(tài)軟件對井下各皮帶運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，可實現(xiàn)計算機(jī)遠(yuǎn)程集中控制、人工就地控制、檢修方式控制、點動方式控制等多種控制形式，各控制方式間存在可靠閉鎖。

（3）升級現(xiàn)有的工業(yè)電視系統(tǒng)，順利接入新型數(shù)字?jǐn)z像頭，實現(xiàn)了井下所有監(jiān)控視頻在機(jī)電集控室和調(diào)度室同步顯示。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

通過礦井工業(yè)環(huán)網(wǎng)將各部皮帶機(jī)控制系統(tǒng)就近接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，實現(xiàn)井上調(diào)度室與井下皮帶控制系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)井下皮帶機(jī)的遠(yuǎn)程啟?！，F(xiàn)場操作人員由原來的每班12 人減到每班5 人，每天三班可減少21 人，每人每年按10 萬元計，每年可節(jié)省210 萬元。

4 結(jié)論

通過對井下現(xiàn)有皮帶控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，實現(xiàn)了皮帶機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、上傳、故障報警、遠(yuǎn)程啟停等諸多功能；實現(xiàn)調(diào)度室與井下各皮帶機(jī)擴(kuò)音電話實時通訊；實現(xiàn)皮帶機(jī)關(guān)鍵部位實時視頻監(jiān)控，為皮帶遠(yuǎn)程控制提供參考。寺河二號井井下皮帶集控系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用形成了完整的操作、調(diào)度、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)皮帶機(jī)的高效控制和監(jiān)測，提高礦井生產(chǎn)效率，降低事故率，實現(xiàn)礦井安全高效生產(chǎn)。