山西某礦主運輸系統智能化集中控制節能降耗方案研究

楊靜波

（山西蘭花同寶煤業有限公司，山西 晉城 048407）

引言

本文針對某煤礦運輸系統的自動化集中控制需要，擬設計該方案并進行研究分析[1-4]。選用本方案（皮帶集控）實施后，可實現一個操作人員完成整個巷道皮帶運輸系統的監控管理工作。同時，將現有的專職操作人員節省出來，分配到其他崗位，如沿線巡檢、設備保養與維護、現場清理等工作；從而更加有利于現場安全管理，減少設備故障率，延長設備使用壽命。采用本方案，可有效降低管理成本，提升生產效率和安全保障。

1 某礦主運輸系統概況

某礦以生產原煤為主，礦井生產能力120 萬t/年。礦井有工作人員511 人。礦井機械化程度較高，自動化程度極低，機械設備全部靠工作人員操作。其中主運輸系統由6 條皮帶、1 套給煤機組成。皮帶包括上倉皮帶、主斜井、16111 運輸巷皮帶機（4 條）。系統目前配置情況如下：上倉皮帶機頭設置1 套天津華寧的主控制器，用于控制上倉皮帶、主斜井皮帶。華寧主控制器提供RS232 接口。在皮帶機頭設置1 套主控制器，用于控制運輸巷皮帶機（4 條）。目前6 條皮帶都采用工人手動就地操作模式。給煤機采取工人就地手動操作模式，無煤倉煤位監測傳感器。不能實現6 條皮帶的聯鎖啟動、停止功能。部分電氣參數采集不全，缺少電機電流、電機溫度等參數檢測。

該礦主運輸系統主要存在以下幾個問題：

1）人員緊缺。近年來礦井工作人員流失嚴重，導致礦井人員嚴重不足，工作人員多為一人多崗，勞動強度大，安全隱患及安全事故率極速升高。

2）能源浪費。礦井機械化程度較高，自動化程度低，機械設備全部依靠工作人員操作運行。由于受人員技術水平、操作水平及崗位敬業程度等因素影響，設備空載運行情況較為普遍，電能能源浪費嚴重，能源利用率低，直接導致原煤生產成本提高。

3）設備故障維修困難。煤礦生產現場環境極差，機械設備出現故障后，排查故障較難，同時受到環境條件限制，故障處理需花費時間較長，嚴重制約礦井生產效率的提高。

針對上述問題，結合國家提出的“機械化換人、自動化減人”要求，該煤礦申報了主運輸皮帶機智能化集中控制節能降耗項目并進行實施。

2 煤礦運輸皮帶無人值守集控方案

2.1 控制方案

1）在上倉皮帶機頭旁主控制器旁邊增加PLC 控制柜一面，內置S7-300 系列PLC 模塊，同時配置MODBUS 通信模塊，用KTC-101 主控制器進行通信，讀取皮帶保護、沿線閉鎖信息、皮帶預警等信息。

2）在皮帶機頭的主控制器旁增加防爆兼本安型控制箱一面，控制箱內配置電源模塊、協議轉化模塊（主控制器的RS232 信號轉化為以太網信號）、光電轉化模塊（用于光、電信號轉化）。通過防爆兼本安型控制箱將主控制器RS232 信號轉化成以太網信號，通過光纖將數據上傳至新增加PLC 控制柜，從而實現運輸巷皮帶主控制器所控制4 條皮帶數據的上傳及遠程控制。

3）PLC 控制柜內內置一定數量的模擬量和數字量模塊，用來采集煤倉煤位以及后續擴展的電機電流、溫度等參數，同時通過PLC 實現給煤機的遠程控制功能。

4）增加料位開關1 臺，實現對煤倉煤位的實時監測。

5）增加PLC 程序控制，實現主斜井、上倉皮帶以及其他皮帶的就地/遠程的單條啟停和一鍵式聯鎖啟停功能。

6）完善主運輸系統的視頻監控部分，實現對井下皮帶機頭、機尾的視頻監控功能。在井下各皮帶的機頭、機尾增加相應的攝像頭，實現對井下主運輸系統的全面監控。

7）通過對現有皮帶沿線語音喊話系統改造，實現調度電話與皮帶沿線電話通話功能。

2.2 功能的實現

可實現一個地點集中和就地控制皮帶運輸機及給煤機等設備，實現一鍵啟停皮帶運輸機。實現分布式獨立啟停4 部運輸機，實現對皮帶運輸機、運行信號、傳感器信號實時監測。實現對所控設備機頭機尾、重要搭接點位置24 h 不間斷高清視頻監控，實現皮帶運輸系統起停車預警語音播報，實現與第三方系統的信號互聯。

2.3 集控系統拓撲結構

集控系統拓撲結構，如圖1 所示。

圖1 集控系統拓撲結構

3 應用效果

皮帶機集中控制系統投入使用后，具體效果如圖2所示。

圖2 主運輸系統電機功率及節約后耗電量

1）節約電能。主井皮帶機功率800 kW；運輸巷4部皮帶機功率450 kW；上倉皮帶機功率90 kW；給煤機功率11 kW。合計功率為800+450+90+11=1 351 kW，按每天節約開機時間1 h 計算，每天節約電量1 351 kW·h，每月節約電量40 530 kW·h；每年節約電量486 360 kW·h。

2）節約人員。主運輸系統線路原配備操作人員7人。經過自動化改造后，7 名操作人員解放出來，現配備沿線巡邏人員2 名，調度室集控值班人員1 名，合計用人3 名，節約人員4 名。按照礦井員工平均收入12 萬元/年計算，節約人工費：12 萬元/（年·人）×4人=48 萬元。

4 結語

對某礦主運輸系統進行了集中控制節能降耗的升級改造，可實現一個地點集中和就地控制皮帶運輸機及給煤機等設備，實現一鍵啟停皮帶運輸機。改造后節約1 h，用電方面能節約480 360 kW·h，節約人工成本費48 萬元，該煤礦主運輸系統改造后便于值班人員及時調度和檢修，為主運輸系統的無人值守安全運行、穩定運行提供了有力保障。