自動化在礦井皮帶集控系統中的應用研究

楊國輝

（云南省興云煤礦，云南 曲靖 650041）

由于自動化技術、計算機控制技術和物聯網技術不斷發展，在煤炭礦井生產中越來越廣泛使用這些技術。傳統礦井所使用的皮帶傳送機在實際生產環節中，經常存在打滑、發熱、跑偏，還可能會引起火災，輕則影響礦井的正常運行，重則會引起人身事故。所以，對煤炭礦井使用的皮帶傳送機集控系統進行研究和分析至關重要，某種意義上來說，這將提高煤炭礦井的生產效率，同時，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實際的生產情況進行分析，以供參考。

1 皮帶集控的構成

皮帶集中控制系統主要指的是能夠完成煤礦皮帶傳送機集中控制和智能化操作。該系統使用PLC，具備超高的穩定性和擴展性，以及多功能的輸入輸出容量。該系統能夠實現多種規模、多種功能的智能化控制系統，既能完成傳統的單條皮帶運輸機的控制，也能完成由多組皮帶傳送機構成的設備的統一控制。該系統靈活穩定，將運行監視和操作控制集成于一體，能夠真正意義上實現煤炭礦井皮帶傳送機的全自動化操作，進而減少人力資源，提高煤炭礦井的安全系數。

一組皮帶集中控制系統分別由集中控制模塊、通信傳輸模塊、二級控制單元、安全保護裝置和可視化模塊構成。集中控制模塊主要完成對整個系統的運行監測與控制操作，上位機模塊完成與操作人員及現場設備設施進行數據的傳輸和交互，操作人員運用人機交互設備得到井下數據信息，特殊情況下，可以向井下設備發送手動控制信號。通信傳輸模塊由工業網絡進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和井下運作設備的通訊，將井下運作設備的數據和系統內部的數據發送到地面控制系統，也可以完成上位機系統輸出的指令傳遞給控制器。二級控制單元界面構成，該單元可以依照實際需求云南省興云煤礦輸入對應的控制程序，實現所需的控制要求，完成對多組皮帶傳輸系統的手動操作和集中控制功能。可視化模塊通過工業光纖傳輸方式，利用點對點模式將礦井下的實時動態信號反饋給地面，通過可視化界面和計算機信號處理程序，完成對井下信息的動態監控。該系統能夠隨時將實時產生的監測信息寫入歷史數據庫中，能夠隨時查閱歷史信息，對以往的數據進行分析和研究，自動產生反饋報表及綜合信息。在需要將皮帶傳送機集中控制系統某一時間段內的數據或告警信號進行分析和研究時，可以直接將該信息作為文本存儲在系統硬盤，簡潔且高效。

2 皮帶集控的運行形式與控制能力

（1）運行方式。系統主站具備地面集中控制、井下幾種控制等多種工作模式，且具有常規的啟動方式、停止方式、啟用通知、遠程可視化監控、自動報警保護、數據全程監控記錄等多種功能。在將工作模式調整為集中控制操作時，整個系統的設備均由系統主站完成控制，能夠最大化地實現皮帶傳送機系統準確高效的運作。

（2）控制能力。地面集控室傳輸機開車運行， 即無人運作模式：地面集中控制操作平臺工作人員按照預先設計好的程序或者在單組即在運輸機設備啟動之前，由集中控制模塊發送啟動數據，各個二級控制單元在受到啟動運行指令時，經過一定時間的延遲后，檢查井下各個設備是否滿足集中控制自動開車環境，然后，依照設定好的程序自動開車。與此同時，實時監測各個設備的數據信息是否符合正常指標，隨后將數據傳輸給系統主站。在多組皮帶傳輸機的集中控制中，可以完成全線逆煤流啟動、全線順煤流啟動等多種開車模式。

地面集控皮帶傳輸機常規停車：地面集中控制工作人員，按照預先設計好的操作順序或者單組皮帶式傳輸機，使系統主站給出停車命令，系統主站根據聯鎖關系跟相對應的皮帶傳輸機二級控制模塊下達停車指令；各個二級控制模塊在收到停車指令后，首先，控制皮帶傳輸機，經一定的延時后，皮帶傳輸機上的煤料傳輸完成后，自動控制停車。當皮帶輸送機若傳輸速度小于等于0.5 米每秒時（或按照實際生產需求進行程序調節和設置），控制自動抱閘；并反饋數據信息至地面主站。

地面集控膠帶機緊急停車：地面集中控制工作人員，按照預先設計好的操作順序或單組皮帶式傳送機，在系統主站給予緊急停車的命令或者某一皮帶式傳送機發生緊急停車情況時，例如，堆煤、閉鎖等，則該二級控制單元觸發緊急停車，切斷主電機電源，當皮帶式傳送機運行速度小于等于一米每秒時（或按照生產需求進行程序調節和設置）時，控制自動抱閘；與此同時，將該數據發送至地面主站，當地面主站接收到該二級控制單元反饋的緊急停車信號后，自動與該組皮帶式傳輸機存在閉鎖關聯的相關設備進行停機處理，地面控制系統也給后方皮帶傳輸機機頭發出了數據。

就地控制：就地控制主要分為兩種，一種是就地單組自動控制，另一種是就地單組手動控制。在就地控制時，皮帶式傳輸機的啟動和停車均由井下二級控制站完成，各個井下二級控制站不與地面集中控制系統聯控，不由地面主站系統生成的指令控制，仍然需要將設備運行的數據發送至地面主站，由地面主站系統監測該井下二級控制分站的運行情況。

3 集控系統的優勢

（1）穩定性及安全性較高。如果皮帶傳輸機集中控制系統在正常的操作運行環節中，出現以下情況時，系統都能完成自動停車以保護整個設備運行的安全（控制的參數可以按照礦井的實際生產需求進行設置）：皮帶傳輸偏移監控和輔助保護；防滑保護；緊急停車、閉鎖保護和自動故障辨別；堆煤告警；煙霧告警；軸溫保護；過熱自動灑水等各種保護能力。

在所有的傳感保護裝置收到運行數據指令時，就會向所有的二級控制模塊發送數據，二級控制模塊就會發出停車命令，并且在可視化設備上反饋故障發生的位置及故障原因。其優勢在于利用控制數據的設置在防止瞬間動作形成的緊急停機，也能夠迅速地查找出故障位置及故障原因，與此同時，當某個保護傳感器發生故障，引起保護動作誤觸發，可以在地面集中控制系統進行操作，切斷各個皮帶運輸機的保護功能，這種情況下，煤礦井下無法立即進行處置時，切斷保護功能復位后繼續運行，等正常停機檢修維護后，解除切斷屏蔽保護，使正常的保護功能重新運行，減少了以往的皮帶運輸機出現故障時，需要立即停止生產進行維護檢修，提高了生產效率，減少了時間成本。

（2）改善作業環境及節約人力成本。由于礦井皮帶集中控制系統能夠完成遠程控制操作和監視生產操作過程，地面操作工作人員只需要在地面操作控制平臺就能完成對井下各個皮帶傳輸機的啟動運行和停車，避免了以往的井下傳統皮帶運輸機惡劣的操作工作環境，改善了工作環境條件。且礦井皮帶集中控制系統只需要一人或兩人就能完成一整套皮帶運輸系統的操作控制及維護，徹底轉變了以往的一人一機的工作模式，為煤炭企業減少了人力資源成本。

（3）降低作業成本。礦井皮帶集中控制系統具有高度自動化、高度智能化，因此，安全穩定可靠。能夠及時地反饋故障原因及故障位置，對可能存在故障的位置和設備進行提前的告警和預警，有效地防止事故的發生，自動存儲設備運行數據，為常規的檢測和維修提供了良好的數據參考。為煤炭礦井下事故頻發起到了積極預防的作用，很大程度上減少了由傳統皮帶傳送機產生的事故，減少了煤炭企業經濟成本。在節約人力資源后，也提高了企業管理生產的效率，為煤炭企業創造了更高的經濟效益。

4 結語

煤炭礦井智能化及自動化工作生產是未來發展的必然趨勢，能夠直接提高煤炭礦井的生產效率和安全穩定的運行，直接提高了煤炭企業在市場的地位。自動化皮帶傳輸集中控制系統能夠為煤炭企業提供更高的安全穩定性，改變了以往的井下生產模式，實現了真正意義上的無人生產，為今后的煤炭礦井實現全程自動化打下了堅實的基礎，積累了相關的工作經驗。