煤礦礦井皮帶自動化改造設(shè)計與實踐

黃傳升+倪峰平

摘 要：礦井自動化生產(chǎn)系統(tǒng)解決煤炭生產(chǎn)與輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的自動控制，能夠?qū)崿F(xiàn)在地面調(diào)度中心監(jiān)測一線生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)及設(shè)備運行狀態(tài)，為礦井安全生產(chǎn)提供設(shè)備保障；能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，減少危險場所投入人員，增強礦井安全生產(chǎn)能力。

關(guān)鍵詞：自動化； 無人值守； 撤人； 集控環(huán)網(wǎng)監(jiān)測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.077

1 概述

1.1 現(xiàn)場概況

王樓煤礦井下原煤運輸系統(tǒng)分為北翼主運系統(tǒng)、三采區(qū)主運系統(tǒng)、二采區(qū)主運系統(tǒng)和七采區(qū)主運系統(tǒng)。其中北翼、二采區(qū)和七采區(qū)運輸系統(tǒng)為接力運輸。三釆皮帶擔(dān)負(fù)著三釆區(qū)原煤運輸及分倉任務(wù)，同時擔(dān)負(fù)著三釆矸石運輸分裝。北翼皮帶配有配倉運輸皮帶，為主井1號和2號倉分倉所用，同時擔(dān)負(fù)著二釆區(qū)及七釆區(qū)原煤運輸任務(wù)。二釆皮帶擔(dān)負(fù)著二釆區(qū)原煤運輸以及七釆區(qū)原煤中轉(zhuǎn)，同時擔(dān)負(fù)著七釆矸石運輸分裝（由二采機頭矸石皮帶分運）；七釆主要為七釆區(qū)原煤運輸服務(wù)，設(shè)配倉皮帶一條用于原煤及矸石分倉。系統(tǒng)中七釆中轉(zhuǎn)煤倉兩個，矸石倉一個；二釆區(qū)中轉(zhuǎn)煤倉一個，矸石倉一個；主井提升煤倉兩個，副井提升煤倉一個，三釆矸石倉一個。

1.2 設(shè)計方案現(xiàn)場調(diào)研

經(jīng)過對井下膠帶機集控現(xiàn)場調(diào)研現(xiàn)場情況匯總?cè)缦拢?/p>

（1）井下四條強力皮帶分別為三采、北翼、二采、七采皮帶，現(xiàn)已有單機控制系統(tǒng)，為天津華寧所做。四條皮帶單機控制系統(tǒng)運行正常，機尾給煤機沒有接入單控系統(tǒng)，系統(tǒng)沒有接入井下環(huán)網(wǎng)，控制主機具備有RS-232通訊接口。

（2）剩余的其他設(shè)備包括：三采配倉皮帶、北翼配倉皮帶、北翼機尾破碎系統(tǒng)、矸石皮帶、七采配倉皮帶等也需接入集控改造系統(tǒng)。

（3）現(xiàn)用的煤倉煤位計未納入控制系統(tǒng)中，煤位計共需要安設(shè)9臺，已經(jīng)安設(shè)5臺（常州三恒4臺超聲波物位儀，濟寧華瑞1臺雷達(dá)物位儀），需增補4臺物位儀。

（4）攝像儀：井下煤流系統(tǒng)中現(xiàn)僅安裝了2臺模擬攝像儀，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到地面集控要求，根據(jù)現(xiàn)場計算需在關(guān)鍵位置安裝19臺礦用彩色高清網(wǎng)絡(luò)攝像儀。

（5）附屬設(shè)備：2臺氣動翻板非電動需自行改動后方可接入；1臺電動分矸器、七采轉(zhuǎn)載皮帶預(yù)留點及接口，現(xiàn)場所有翻煤板都需要改造成電動控制用于接入系統(tǒng)。

（6）井下環(huán)網(wǎng)，用的是天地常州KJJ31環(huán)網(wǎng)接入器，內(nèi)置MOXA百兆光電口，井下百兆網(wǎng)絡(luò)已嚴(yán)重制約了各子系統(tǒng)的通訊傳輸，特別是井下防爆攝像儀的應(yīng)用及傳輸，影響整個礦井自動化水平；需要進行礦井環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)升級改造。

2 系統(tǒng)性能及特點

2.1 系統(tǒng)功能

（1）地面集控室全面控制整個煤流系統(tǒng)設(shè)備，包括皮帶、給煤機、破碎系統(tǒng)及其他附屬設(shè)備。

（2）地面集控室系統(tǒng)建設(shè)語音通訊系統(tǒng)，井下皮帶沿線實時通話、打點、故障及啟停預(yù)警等。并與集控室語音通信系統(tǒng)主機連接，實現(xiàn)井上井下實時語音傳輸。

（3）地面集控室將可實時觀察整個井下煤流系統(tǒng)關(guān)鍵位置的視頻信號并存儲，全面了解井下煤流系統(tǒng)中關(guān)鍵點設(shè)備的運行狀況。

（4）地面集控室上位機可直觀地顯示各被控設(shè)備的工作狀態(tài)及運行參數(shù)，系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)，顯示功能豐富。

（5）完善的操作記錄和事件記錄功能。

（6）系統(tǒng)具有完善的設(shè)備故障自診斷功能。

（7）井下集控點操作臺具有集控啟停整個煤流系統(tǒng)設(shè)備的功能。

（8）井下集控點具有視頻煤系統(tǒng)流關(guān)鍵位置視頻顯示及存儲功能。

（9）井下集控點具有15英寸彩色防爆兼本安型顯示屏，直觀顯示各被控設(shè)備的工作狀態(tài)及運行參數(shù)。

2.2 系統(tǒng)特點

2.2.1集控方案采用“調(diào)度室上位機+主集控臺

（中央煤倉）+副集控臺（各地點機頭）+分布式子站”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用工業(yè)總線技術(shù)（PROFIBUS）和光纖通訊介質(zhì)，實現(xiàn)與各控制設(shè)備及綜保等組成分布式集成控制系統(tǒng)。其中主集控臺負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的監(jiān)測與控制及中央煤倉運輸系統(tǒng)子站、給煤機監(jiān)測與控制；副集控臺運輸系統(tǒng)子站的監(jiān)測與控制。通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸采用PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)，傳輸介質(zhì)為光纖，負(fù)責(zé)各分站與主副站、主副站之間、主副站與上位機間的通信，將現(xiàn)場設(shè)備采集到的信息以及程序的內(nèi)部的信息傳送到地面上位機管理系統(tǒng)，同時也可將上位機系統(tǒng)發(fā)出的控制指令傳送到控制器。

井下視頻系統(tǒng)以光纖為傳輸介質(zhì)，采用點對點方式把井下視頻信號傳送至主控室和地面調(diào)度室，通過視頻技術(shù)和圖像處理技術(shù)實現(xiàn)實時監(jiān)視。

2.3 系統(tǒng)特點

（1）設(shè)備前期改造依托天津華寧皮帶主控系統(tǒng)將現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)調(diào)用，用于前期改造設(shè)備井上集中控制；后期采用國際知名廠商西門子主流S7-300系列PLC作為控制站，系統(tǒng)控制性能高，可根據(jù)現(xiàn)場需求靈活控制CST、偶合器、變頻器等多種驅(qū)動設(shè)備；兩套系統(tǒng)互相補充充分發(fā)揮集中控制改造有時。

（2）人機交互性能友好。井下集控點配置了防爆液晶顯示器，可圖文顯示工況信息；配置了多個控制按鈕，實現(xiàn)設(shè)備單點調(diào)試。確保現(xiàn)場人員安全。

（3）膠帶機控制系統(tǒng)實現(xiàn)多條膠帶機或設(shè)備的集中控制和監(jiān)測，可靠性高、維護量少。

（4）系統(tǒng)通訊構(gòu)架采用以太網(wǎng)通訊方式，具備以太網(wǎng)光口及網(wǎng)口。避免使用多種通訊互轉(zhuǎn)，減少故障點，增強系統(tǒng)穩(wěn)定性。

（5）井上井下實時語音通訊功能，為系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作的安全性提供了有力保障。

（6）視頻存儲功能，在井上集控室井下集控點都具備煤流關(guān)鍵位置的視頻實時圖像及視頻存儲功能，實時了解設(shè)備的運行狀況，保證了設(shè)備運行中的安全性。

（7）工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)：具有豐富的組網(wǎng)集控功能，方便地接入全礦井的綜合自動化系統(tǒng)。

3 實施后效益分析

（1）提高了安全性。主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)具有話音通信、視頻監(jiān)視；實現(xiàn)自動化運行，大大提高系統(tǒng)運行的安全性。

（2）提高了生產(chǎn)效率。自動化系統(tǒng)實施使各系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)換為集中控制，通過對系統(tǒng)整體調(diào)度，提升了系統(tǒng)運行效率。

（3）實現(xiàn)了節(jié)能降耗。自動化運行，減少設(shè)備空轉(zhuǎn)時間，提高設(shè)備開機率，實現(xiàn)了節(jié)能降耗。

（4）實現(xiàn)了減人提效。通過自動化系統(tǒng)的運行可以對部分崗位進行減崗或并崗。系統(tǒng)改造完成后，一條皮帶設(shè)一名巡檢工，用于應(yīng)急控制。所有的控制逐步由匯聚點集中控制到地面集中控制轉(zhuǎn)變。根據(jù)王樓礦實際計劃，一條皮帶可減下2-3人，減下人員可調(diào)整到其他崗位。