煤礦井下主運自動化系統改造設計

□□ 朱娟娟

(山西職業技術學院，山西 太原 030006)

引言

由于帶式輸送機運輸量大、效率高、結構簡單、便于維護等優點，已成為煤礦運輸的核心設備，承擔著煤炭的運輸工作，在整個煤礦開采過程中占據著重要地位。安全高效、集成化、自動化程度高的主運輸控制系統可大大提升煤礦企業的工作效率、管理水平和經濟效益。某煤礦主運輸系統由于戰線長、人員多、控制設備老化、通訊系統陳舊、自動化程度低，已影響到企業生產。因此，對其主運輸系統進行改造，以PLC控制為核心，由以太環網實現通訊連接來實現主運輸系統的集中控制[1]。

1 煤礦井下主運輸系統介紹

該煤礦井下主運輸系統控制的主運設備包含13部皮帶(北皮帶、北東一部、北東二部、北東三部、北東四部、東南一部、東南二部、南東皮帶、暗斜井、下倉皮帶、上倉皮帶、正南一部、正南二部)，1部給煤機，4部除鐵器和2部破碎機，運輸距離約為9 660 m。主運輸系統運輸路線長、人員多，所有皮帶均由崗位工作人員現場控制；絕大多數設備由皮帶防護箱控制，而防護箱沒有通訊接口，無法實現集中控制；通訊系統采用的是老舊式電鈴，通訊效果差；傳感器可靠性不高，低速傳感器損壞頻繁，同時還缺少電流、電壓、溫度、倉位等的檢測設備；運輸系統沒有視頻監控系統，不能實時在線監測設備故障，而需要人工巡檢。以上因素導致整個主運系統自動化程度低，不利于提高勞動效率和安全管理水平，亟需對其進行集控系統改造[2]。

2 煤礦井下主運輸系統改造設計

隨著自控技術、計算機信息技術、信號檢測與傳輸技術、通訊技術及現場總線技術等的快速發展，皮帶運輸集控系統日趨完善，極大提升了生產安全性、生產運行效率，實現了皮帶運輸系統控制與管理的高度自動化[3]。

2.1 集控系統

改造設計中以結構簡單、性價比高、安全可靠、功能完善、易于維護為原則，將所有井下帶式輸送機全部采用集中控制方式，配置PLC主機進行集中控制，整個集控系統可實現就地單機控制(主機及輔機)，也可在集控中心集中一鍵起停皮帶，同時為后期留有擴展空間。主控系統采用“PLC、操作臺、計算機”相結合的監測控制方式，以西門子S7-300PLC控制為核心，利用煤礦原有以太環網進行聯網，實現各控制分站與調度中心的通訊，通過調度中心上位機進行地面遠程控制，可靠地實現了控制、拖動、監測的無縫連接，同時可對帶式輸送機所有運行數據進行監測與控制[4]。

每部皮帶機均配置PLC控制柜、防爆攝像儀、防爆千兆交換機、皮帶保護、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、溫度傳感器、振動傳感器、制動器、到位檢測傳感器及智能通訊系統，還可實現對皮帶堆煤、跑偏、滅火灑水、低速、煙霧、縱撕、張力下降等情況實時監測。集控系統網絡拓撲如圖1所示。

圖1 集控系統網絡拓撲圖

2.2 皮帶操作控制系統

控制系統有兩種控制方式，一種是有聯鎖(集中)控制方式，另一種是解鎖(就地)控制方式，二者可相互轉換，但不會同時動作。正常生產時，在集中控制方式下，由集中控制室操作，通過主控PLC下達指令；檢修與單機運行時，采用就地控制方式(現場手動)。兩種方式的選擇，均可在連續生產設備的現場就地控制柜上進行指令交換后完成。

在手動控制情況下，可通過現場操作臺上的起停按鈕來實現皮帶的起停控制以及多臺電機的力矩平衡。同時可與其他皮帶聯鎖控制，皮帶的打滑、跑偏等沿線保護全部可投入運行。

在自動運行情況下，由PLC程序實現控制功能，可在集控中心控制整個系統。在集控中心發出命令來實現皮帶系統的起停控制，逆料流啟動皮帶、順料流停止。系統自動實現對變頻器、輔機設備等的控制功能以及力矩平衡，且整個系統的保護功能可全部運行。

在就地檢修工作方式下，皮帶機可進行低速驗帶，其速度<0.2 m/s,這樣便于檢修人員開展檢修工作，此時，各種保護可按工藝需求有選擇地投入運行，也可以實現就地單機控制，以便于進行檢修，各種沿線保護不運行，只運行停車保護。

2.3 遠程監控系統

整個控制系統各PLC分站通過網絡接入集控系統，由上位機進行遠程監控，可實現以下三方面的功能。

(1)管理功能。生成皮帶控制的整個工藝流程，為操作人員提供直觀形象、清晰、易于操作、人性化的人機界面，畫面能夠生動形象地反映全部工藝流程、顯示現場的實時數據，并可實現實時/歷史數據、實時/歷史曲線、報警記錄等參數顯示、查詢及保存。

(2)通訊功能。上位機通過通訊線纜，采用標準通訊協議，實現現場控制站通訊，并通過局域網實現系統所有運行數據的實時交換與共享。

(3)設備監控功能。操作人員可在集控中心實時查看設備的運行情況，也可對部分設備進行操作控制。如可顯示整個系統皮帶運行情況、每臺電機運行情況、每臺電機電流和電壓值、故障報警值、變頻運行參數等。

同時，為了便于直觀了解皮帶的運行情況，顯示實時數據，系統設計了設備狀態流程畫面、棒狀圖、重要參數數據監控畫面、事故顯示記錄及控制操作畫面。

2.4 皮帶沿線視頻監測系統

為適應煤礦發展的高標準要求，創造安全的礦區環境，依據配置合理、留有余地、性價比高、安全可靠等原則進行了視頻監控系統改造。在皮帶下料口、驅動位、沿線和井下給煤機機頭等重要位置安裝了38臺攝像儀，攝像儀選用KB127礦用隔爆型網絡攝像儀，通過光纖進行信號傳輸，信號穩定、成像清晰。在集控室安裝了視頻顯示終端和存儲設備，對視頻圖像進行存儲和顯示。同時系統留有RJ45網絡接口，為煤礦綜合自動化系統留有擴展空間。視頻監控系統拓撲圖如圖2所示。

圖2 視頻監控系統拓撲圖

2.5 語音調度通訊系統

遵循先進性、實用性、可擴展性和可靠性原則，改造設計中為系統配置了一套數字式調度總機及廣播系統，在各皮帶沿線設立擴音電話，同時可接入地面電話，以便于調度人員指揮生產。通過調度通訊系統實現全礦的語音廣播。

3 結語

此改造設計方案，設計合理、自動化程度高、使用方便、安裝操作簡單、易于維護，能滿足帶式輸送機常規起動、重載起動、自動張緊等多種復雜控制和綜合保護要求。除能實現單機控制外，還具有網絡通信接口可進行數據傳輸，實現輸料系統集中監測及控制功能。