關于煤礦產量監控系統的設計研究

吳 剛

（山西潞安集團潞寧煤業公司， 山西 忻州 036000）

1 煤礦產量監控系統設計目標的確定

該系統能夠對煤礦產品進行源頭動態稱重計量、攝像監控，通過遠程通訊傳輸技術傳到監控中心計算機，能夠對煤礦產量進行在線監測和記錄，將實時產量、設備狀態通過網絡通訊技術發送到指定的上一級信息中心服務器，該系統能實現雙機熱備份以保證數據的實時連續性。

同時該系統可對煤炭產量、系統工作狀態、輸煤設備運行狀態、顯示、處理、報警、打印、存儲、查詢、初始化參數、每小時煤炭產量、系統工作異常等進行監測和調節。具有視頻監控和存儲和原/毛煤折算和各種煤炭稅費基金計算等功能。

2 監控系統硬件部分的設計

2.1 硬件系統的總體設計

硬件系統是煤礦產量監控系統的重要組成部分。因此，本文在分析現有煤礦產量監控系統性能特點的基礎上，采用當下更加先進的檢測設備及監控硬件，對新型的煤礦產量監控系統進行優化升級設計[1-3]。此硬件系統突破了原有的設計模式，從源頭出發，對煤礦產品進行了初始的動態稱重計量、攝像監控等操作，通過網絡通訊傳輸技術傳到數據中心計算機，進行集中數據存儲、管理，并根據產量或銷量進行管理，整套硬件系統的結構主要由產量監控秤體（ICS-800-XF）、稱重傳感器（GZD300）、速度傳感器（GSC6）、開停傳感器（GKT3L）、本安型數據采集分站（KJ219-F）、隔爆兼本安型穩壓電源（KDW660/12B）、 礦 用 本 安 性 信 號 轉 換 器（KJ219-Z）、KBA154 防 爆 攝 像 儀、硬 盤 錄 像 機（DS-8108HE-S）、聲光報警器（SJ-002）、礦用阻燃線纜（MHYV1×4）、光纜（MGXTSV-6B）等組成。整體具有系統穩定可靠、維護保養簡單等優點。整套硬件系統通過安裝在礦山運輸設備上的承載器將稱重信號傳送給數據采集分站。由數據采集分站完成信號處理、運算，并通過遠程通訊技術將數據上傳到地面中心站。數據監控終端可通過對中心站的訪問，實現對產量數據的實時監控。

2.2 電子皮帶秤的選型設計

結合煤礦產品出料的結構特點，選用了ICS-800-XF 型電子皮帶秤，其結構圖如圖1 所示。在該秤體中設置了4 支高精度GZD300 稱重傳感器、1 支開停傳感器GKT3L、支秤架采用全懸浮式結構，無支點、無耳軸、線性度好，傳感器受力直接，可適于在各種惡劣環境[4]。內部的稱重傳感器采用全密封處理，防潮防腐性能好，安裝于秤架方梁內并處于受拉狀態，系統穩定性高。橫、縱向拉桿的設計，可以防止皮帶跑偏、水平摩擦力的影響，保證了計量的準確。而開停傳感器主要安裝于皮帶機供電電纜的外皮上，具有體積小、質量輕、結構新穎、感應靈敏度高、抗干擾能力強、安裝維修方便、工作穩定可靠，可輸出多種信號制供選擇。電子皮帶秤的主要性能參數如表1 所示。

2.3 信號轉換器的選型設計

圖1 電子皮帶秤結構圖

表1 電子皮帶秤主要性能參數

由于煤炭在生產過程中會伴隨著不同濃度的瓦斯、一氧化碳等氣體，當該些氣體聚集在一定程度時，極容易導致煤礦生產現場發生爆炸現象。故選用了市場上較為成熟的KJ219-Z 型信號轉換器[5]，該轉換器主要用于具有爆炸性氣體的環境內，可作為數據采集分站的輔助設備，對傳感器信號進行數據采集、數據處理、數據分析計算、并與數據采集分站進行數據的通訊與交換，將不同的模擬信號集中轉換成標準信號傳輸給分站處理。

3 監控系統軟件部分的設計

3.1 軟件部分總體顯示界面的設計

在煤礦產量硬件系統設計的基礎上，對該監控系統的軟件部分進行了設計。首先，對該系統的監控界面進行了設計，在該顯示界面中，分別設置了各分站的產量測量值及統計信息顯示部分、1 h 產量柱狀圖顯示、系統報警信息顯示等功能，如圖2所示。所設計的軟件程序具有煤炭產量監測、超產報警、處理、存儲、查詢、統計、顯示、打印等功能，并能按照產量、產能、按月等方式進行顯示，當某一個指標超過相應極限值時，監控系統則將發出相應的報警提示[6]。

圖2 監控系統軟件部分顯示界面圖

3.2 人機對話及系統檢測功能設計

在監控系統軟件部分設計中，設置了人機對話功能，可方便快捷地通過人機對話方式對系統進行參數修改、功能調用、圖形編輯等操作。同時，對該系統還設計操作權限管理功能設置，對參數設置和修改等應使用密碼操作，并有操作記錄。另外，在任何顯示模式下，均可直接進入所選的列表顯示、模擬圖顯示、打印、參數設置、頁面編輯、查詢等界面。而當系統中計量儀器等設備發生故障時，可通過系統自檢方式進行報警并記錄故障時間和故障設備，以供查詢及打印。人機對話顯示界面如圖3 所示。

4 監控系統應用測試效果分析

圖3 人機對話顯示界面圖

為進一步掌握該系統的綜合性能，將其在某煤礦進行了為期5 個月的應用測試，主要是將該監控系統嵌入至煤礦生產系統中，用于實現對該煤礦生產過程中的實時監控，應用結果表明：該監控系統的智能監控程度相對較高，性能穩定可靠，能實時、可視化地對該煤礦生產過程進行實時監控，當出現異常情況時，也能發出相應的報警提示，并顯示故障發生類型及位置。據現場人員對比，該監控系統與原有系統相比，控制精度更高，可使煤炭生產過程中的故障發生率降低40%左右，并縮短了將近50%的故障查找及檢修時間，按一年統計，可間接給企業節約將近50 萬元的費用支出，得到了人員的一致好評。由此，驗證了該煤礦產量監控系統的可行性。

5 結論

煤礦生產過程中的安全隱患無處不在，因此，加大對煤礦生產環節的實時監控顯得尤為重要。結合煤礦生產現場的特點，開展了煤礦產量監控系統的設計研究，并對其系統性能進行了應用測試驗證，結果表明，該監控系統能有效保證煤礦的生產效率及生產安全，防止和避免相關事故的發生，并能有效降低生產現場故障發生率及縮短檢修時間。監控系統是一個復雜的系統，煤炭企業應不斷開展監控系統的升級設計和創新，使其能更好地應用到煤礦生產環節中。