山西某煤礦運(yùn)輸工藝中集中控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造

孫嘉龍

（潞安化工集團(tuán)能源事業(yè)部通風(fēng)部， 山西 長治 046204）

引言

山西某煤礦綜采工作面順槽設(shè)備列車控制臺(tái)處設(shè)崗2 人，負(fù)責(zé)查看供電系統(tǒng)工況狀態(tài)、“三機(jī)”工作狀態(tài)；運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭處設(shè)崗2 人，負(fù)責(zé)清撿轉(zhuǎn)載機(jī)大塊煤，防止大塊煤堆積導(dǎo)致運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)停運(yùn)；在皮帶機(jī)尾馬蒂爾處設(shè)崗2 人，檢查皮帶工況，及時(shí)人工調(diào)整馬蒂爾姿態(tài)，防止跑偏撒煤；順槽皮帶運(yùn)輸機(jī)處設(shè)崗2 人，負(fù)責(zé)順槽皮帶運(yùn)輸機(jī)就地啟停，同時(shí)觀察皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀況。綜合分析這些崗位，均存在占用崗位人員多、工作環(huán)境惡劣、粉塵大、噪聲超標(biāo)的特點(diǎn)，給員工的身心健康造成較大影響；并且這些崗位都可以通過集中控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，達(dá)到降本增效、減員增效、本質(zhì)安全的目的。

1 山西某煤礦集中控制系統(tǒng)概述

山西某煤礦是山西潞安集團(tuán)下屬的一座以采礦、洗選為主的特大型礦井，生產(chǎn)能力400 萬t/年，附設(shè)一座300 萬t/年選煤廠。礦井井田位于潞安礦區(qū)中東部，地跨長治郊區(qū)、潞城市、襄垣縣三個(gè)行政區(qū)，開拓方式為斜井開拓，主采煤層為3 號(hào)煤層，煤種具有低硫、低灰、低磷、高熱值的“三低一高”特性。集中控制系統(tǒng)項(xiàng)目現(xiàn)場情況如下：工作面采煤方式為放頂煤，采用前后部刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸；工作面長度190～250 m，工作面采高3.3 m，工作面傾斜度±5°，運(yùn)輸順槽長度1500 m；皮帶運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動(dòng)為2×315 W 或2×400 W電機(jī)，工作面端頭到設(shè)備列車長50 m；設(shè)備列車安裝方式為地軌或者懸吊式，刮板運(yùn)輸機(jī)溜槽寬度為830 mm，轉(zhuǎn)載機(jī)溜槽寬度為960 mm，設(shè)備列車每節(jié)長度為6 m。

2 集中控制系統(tǒng)改造要求

1）實(shí)現(xiàn)綜采工作面前部刮板運(yùn)輸機(jī)、后部刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)控制。

2）實(shí)現(xiàn)刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、減速機(jī)振動(dòng)檢測與故障預(yù)警。

3）實(shí)現(xiàn)原有崗位關(guān)鍵位置的視頻監(jiān)控，視頻按需提取，實(shí)現(xiàn)靈活的可視化管理。

4）實(shí)現(xiàn)設(shè)備電氣工況數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，支持多終端實(shí)時(shí)報(bào)警。

5）實(shí)現(xiàn)供配電設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測和統(tǒng)一管控。

6）實(shí)現(xiàn)綜采工作面前部刮板運(yùn)輸機(jī)司機(jī)、后部刮板運(yùn)輸機(jī)司機(jī)、順槽皮帶運(yùn)輸機(jī)司機(jī)、電工、轉(zhuǎn)載機(jī)司機(jī)五崗合一。

7）設(shè)備列車設(shè)置集控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)集中顯示控制。

3 綜采工作面運(yùn)輸系統(tǒng)集中控制改造方案

本次方案為該煤礦建設(shè)一套各種通信接口齊全、網(wǎng)絡(luò)通暢及性能穩(wěn)定的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對綜采工作面運(yùn)輸系統(tǒng)集中控制[1-3]。系統(tǒng)架構(gòu)主要分為：網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、順槽集中控制操作中心、工作面“三機(jī)”集控系統(tǒng)、供配電集控系統(tǒng)、順槽皮帶集控系統(tǒng)、其他輔助控制系統(tǒng)。

3.1 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信：通過在工作面架構(gòu)光纜、阻燃網(wǎng)線、一線通，從而實(shí)現(xiàn)工作面的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，將工作面數(shù)據(jù)、視頻通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸至集控中心。

3.2 順槽集中控制操作中心

順槽集中控制系統(tǒng)是整個(gè)自動(dòng)化綜采工作面運(yùn)輸控制系統(tǒng)的中心，是所有數(shù)據(jù)與命令的載體。主要負(fù)責(zé)綜采工作面運(yùn)輸系統(tǒng)配套設(shè)備信息采集、顯示、數(shù)據(jù)匯總、人機(jī)對話操作、各子系統(tǒng)自動(dòng)化協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。集控中心由兩臺(tái)高性能、高可靠的工業(yè)計(jì)算機(jī)構(gòu)成，其中一臺(tái)負(fù)責(zé)工作面數(shù)據(jù)集中顯示，另外一臺(tái)主要負(fù)責(zé)視頻數(shù)據(jù)的顯示。

3.3 工作面“三機(jī)”集控系統(tǒng)

1）運(yùn)輸系統(tǒng)具有就地和遠(yuǎn)程控制功能，且就地控制的優(yōu)先級(jí)別高于遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)可在順槽集控中心實(shí)現(xiàn)一鍵智能啟停運(yùn)輸。該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)判斷運(yùn)輸系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)行工況、上一級(jí)聯(lián)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)的智能聯(lián)動(dòng)管控。

2）能夠顯示所有的工作面閉鎖信息，方便控制臺(tái)集中控制。

3）通過組合開關(guān)讀取的數(shù)據(jù)，顯示刮板運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)的電流，并時(shí)刻觀察設(shè)備的運(yùn)行情況。

4）系統(tǒng)具備查看歷史記錄功能，如查看設(shè)備報(bào)警記錄、歷史數(shù)據(jù)曲線、歷史操作記錄。

3.4 供配電集控系統(tǒng)

1）完成供電系統(tǒng)的連接狀態(tài)顯示，設(shè)備掉線時(shí)能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行提示。

2）能夠顯示高壓側(cè)和低壓側(cè)的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)電壓、工作電流、額定電流、短路電流、過載電流、移變溫度信息。

3）控制臺(tái)能夠?qū)π畔?shí)現(xiàn)集中顯示、集中控制，方便使用。

3.5 順槽皮帶集控系統(tǒng)

此次自動(dòng)化改造是針對井下綜采面控制臺(tái)、“三機(jī)”、供電、順槽皮帶運(yùn)輸機(jī)的改造。通過改造，在順槽設(shè)備列車配置操作室，內(nèi)部放置兩臺(tái)防爆計(jì)算機(jī)[4-5]。在計(jì)算機(jī)上可以通過控制軟件，控制前部刮板運(yùn)輸機(jī)、后部刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、移變、組合開關(guān)、順槽皮帶運(yùn)輸機(jī)，同時(shí)在另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上通過視頻監(jiān)控畫面監(jiān)測機(jī)頭、轉(zhuǎn)載機(jī)處是否有大塊煤、堆煤，以及馬蒂爾皮帶是否跑偏、堆煤，給操作人員提供直觀的設(shè)備運(yùn)行信息。

項(xiàng)目通過在綜采工作面前部刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭機(jī)尾、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)上配套數(shù)據(jù)采集控制裝置、傳感單元、通信單元，在設(shè)備列車配套順槽集控中心，實(shí)現(xiàn)前部刮板運(yùn)輸機(jī)、后部刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、順槽皮帶運(yùn)輸機(jī)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，提高運(yùn)輸效率；實(shí)現(xiàn)對設(shè)備工況的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、故障隱患的即時(shí)報(bào)警；實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)遠(yuǎn)程管控。將綜采工作面前部刮板運(yùn)輸機(jī)司機(jī)、后部刮板運(yùn)輸機(jī)司機(jī)、順槽皮帶運(yùn)輸機(jī)司機(jī)、電工、轉(zhuǎn)載機(jī)司機(jī)五個(gè)崗位合并成一個(gè)崗位，實(shí)現(xiàn)五個(gè)崗位工作區(qū)域核心管控。

3.6 其他輔助控制系統(tǒng)

3.6.1 泵站集中監(jiān)控系統(tǒng)

1）在系統(tǒng)具有完善的傳感器的前提下，可以實(shí)現(xiàn)乳化液泵站的系統(tǒng)壓力檢測，泵頭油溫檢測、油壓監(jiān)測、水壓監(jiān)測。

2）具備乳化液泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，能夠遠(yuǎn)程啟停增壓泵（如果系統(tǒng)具備）、乳化液泵。

3）在系統(tǒng)具有完善的傳感器的前提下，可以實(shí)現(xiàn)噴霧泵站的系統(tǒng)壓力檢測，泵頭油溫檢測、油壓監(jiān)測、水壓監(jiān)測。

4）具備噴霧泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，能夠遠(yuǎn)程啟停增壓泵（如果系統(tǒng)具備）、噴霧泵。

3.6.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1）利用安裝在工作面上的防爆攝像頭，遠(yuǎn)程集中監(jiān)控工作面機(jī)頭、機(jī)尾的信息，隨時(shí)利用廣播遠(yuǎn)程提醒工作面存在的問題。

2）工作面標(biāo)準(zhǔn)配置為4 臺(tái)攝像頭，但是還預(yù)留有接口和帶寬，最多可以接入6 部攝像頭的遠(yuǎn)程畫面。

3）利用攝像頭可以實(shí)現(xiàn)禁區(qū)提示、異物識(shí)別等功能。

3.6.3 減速機(jī)振動(dòng)異常檢測

1）減速機(jī)振動(dòng)異常，利用華夏天信自主開發(fā)的振動(dòng)傳感器作為核心設(shè)備，傳感器利用磁性吸附在加速機(jī)檢測振動(dòng)表面處，之后便可以檢測振動(dòng)信號(hào)。

2）振動(dòng)信號(hào)利用CAN 總線通信將數(shù)據(jù)傳輸給防爆計(jì)算機(jī)，防爆計(jì)算機(jī)利用數(shù)據(jù)庫保存振動(dòng)數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，利用大數(shù)據(jù)檢測、分析設(shè)備可能存在的異常[6-8]。

4 系統(tǒng)實(shí)施方案

在順槽集控中心配套兩臺(tái)防爆計(jì)算機(jī)，1 號(hào)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制，2 號(hào)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控顯示；在順槽集控中心配套一臺(tái)防爆PLC，實(shí)現(xiàn)順槽集中控制數(shù)據(jù)采集和處理；在工作面機(jī)頭、機(jī)尾各安裝一臺(tái)防爆攝像頭，實(shí)現(xiàn)工作面的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能；與華寧主控制器通信，實(shí)現(xiàn)工作面“三機(jī)”集中控制，將工作面語音通信控制系統(tǒng)接入系統(tǒng)，與組合開關(guān)通信實(shí)現(xiàn)組合開關(guān)遠(yuǎn)程分合閘、保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測、故障告警、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測；與移動(dòng)變電站通信，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)變電站高低壓側(cè)運(yùn)行狀態(tài)、保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測、故障預(yù)警；在前后部刮板運(yùn)輸機(jī)減速機(jī)、破碎機(jī)減速機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)減速機(jī)安裝振動(dòng)傳感器，并鋪設(shè)通信線，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)和顯示。

5 系統(tǒng)改造效果

實(shí)現(xiàn)前后部刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、順槽皮帶運(yùn)輸機(jī)一鍵聯(lián)動(dòng)啟停；實(shí)現(xiàn)工作面運(yùn)輸系統(tǒng)的振動(dòng)異常保護(hù)；實(shí)現(xiàn)工作面運(yùn)輸系統(tǒng)關(guān)鍵部位視頻監(jiān)控功能；通過與組合開關(guān)通信，實(shí)現(xiàn)組合開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、故障預(yù)警、遠(yuǎn)程分合閘控制；通過與皮帶運(yùn)輸機(jī)變頻器通信，實(shí)現(xiàn)對變頻器運(yùn)行工況的監(jiān)測、故障預(yù)警、遠(yuǎn)程控制；將工作面語音通信控制系統(tǒng)納入本系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)順槽集中管控；通過與移動(dòng)變電站通信，實(shí)現(xiàn)移變運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測、故障預(yù)警；通過配套相關(guān)拾音器、攝像儀、傳感器、通信信號(hào)轉(zhuǎn)換器，代替人員實(shí)現(xiàn)對運(yùn)輸設(shè)備的遠(yuǎn)程管控；將順槽皮帶保護(hù)系統(tǒng)納入本系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)皮帶集中管控。

6 結(jié)語

集中控制系統(tǒng)在該煤礦運(yùn)輸工藝的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、順槽皮帶運(yùn)輸機(jī)的自動(dòng)化檢測、控制，集成化管控，達(dá)到降本增效、減員增效、本質(zhì)安全的目的。