煤礦智能帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王立峰，葉 華，魏 景，姬玉濤

（寧夏銀星煤業(yè)有限公司，寧夏銀川 750004）

《2022年能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃立項(xiàng)指南》明確提出，將煤礦數(shù)字化、智能化領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)立項(xiàng)。由此不難看出，智能化是煤礦建設(shè)未來的重點(diǎn)指向[1]。煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)是煤礦原煤生產(chǎn)的主要組成，意味著其主運(yùn)輸系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化建設(shè)面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)。文章主要以寧夏銀星煤業(yè)全煤流運(yùn)輸系統(tǒng)為例，研究煤礦智能帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)及相應(yīng)智能技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，以期解決智能化發(fā)展困境，為相關(guān)研究提供參考。

1 目標(biāo)范圍

1.1 建設(shè)目標(biāo)

通過建設(shè)基于人工智能視頻識(shí)別的帶式運(yùn)輸機(jī)煤量監(jiān)測保護(hù)和固定場所識(shí)別保護(hù)系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)因部分固有因素的限制而帶來的諸多問題，縮短突發(fā)事件的響應(yīng)時(shí)間、提高報(bào)警系統(tǒng)的精確度，實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸和固定場所機(jī)電設(shè)備的安全、高效、節(jié)能運(yùn)輸，為銀興煤礦的安全生產(chǎn)提供保障。

1.2 設(shè)計(jì)范圍

（1）膠帶主運(yùn)輸系統(tǒng)智能化改造。對(duì)銀星一號(hào)煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)9條固定式膠帶輸送機(jī)及相應(yīng)的6臺(tái)給煤機(jī)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)動(dòng)、全煤流集中控制、語音通話及視頻監(jiān)控，達(dá)到無人值守目的。

（2）地面篩分系統(tǒng)改造。現(xiàn)場配置PLC（可編程邏輯控制器）控制柜，接入系統(tǒng)原有的皮帶、振動(dòng)篩、破碎機(jī)及液壓推桿等設(shè)備的控制和保護(hù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)篩分系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及各設(shè)備間的智能聯(lián)動(dòng)。

（3）架空乘人裝置數(shù)據(jù)接入。配置信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)原架空乘人裝置控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)接入，達(dá)到無人值守的目標(biāo)。

（4）建立運(yùn)輸集控中心。新建運(yùn)輸集控中心，包含服務(wù)器機(jī)柜、UPS（不間斷電源）、操作臺(tái)、工作站及視頻系統(tǒng)等，并新建自動(dòng)化控制平臺(tái)。

（5）視頻智能分析功能。對(duì)皮帶輸送機(jī)安裝具備AI 功能的監(jiān)控?cái)z像頭，通過AI 視覺算法對(duì)皮帶輸送煤量實(shí)時(shí)識(shí)別，并控制PLC 電機(jī)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和降低設(shè)備損耗。通過AI 視覺算法實(shí)現(xiàn)主運(yùn)輸系統(tǒng)危險(xiǎn)區(qū)域人員闖入告警功能，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

2 全煤流運(yùn)輸系統(tǒng)特色

2.1 全煤流集中控制解決方案

KJ793礦用煤流智能化集控系統(tǒng)是寧夏銀星煤業(yè)針對(duì)礦井全煤流遠(yuǎn)程集中控制開發(fā)的綜合性解決方案，適用于地面生產(chǎn)系統(tǒng)、主斜井皮帶、運(yùn)輸大巷皮帶、采掘工作面皮帶及刮板機(jī)等，具備監(jiān)測、控制、通話、故障檢測及語音播報(bào)功能。

2.2 精確定位故障

皮帶沿線擴(kuò)音電話能夠智能準(zhǔn)確播報(bào)故障狀態(tài)和故障位置，便于快速處理問題。

2.3 語音對(duì)講與互聯(lián)互通功能

語音對(duì)講便捷，可實(shí)現(xiàn)井下皮帶沿線語音設(shè)備與地面語音設(shè)備的互聯(lián)互通。

（1）井下擴(kuò)音電話相互間、擴(kuò)音電話與控制主機(jī)間可以進(jìn)行語音對(duì)講。

（2）井下擴(kuò)音電話、控制主機(jī)分別可與地面廣播分控終端進(jìn)行語音對(duì)講。當(dāng)?shù)孛嬗行枰獣r(shí)可及時(shí)與各條皮帶沿線喊話，擴(kuò)音電話也可隨時(shí)向地面喊話，實(shí)現(xiàn)雙向的互聯(lián)互通。

2.4 皮帶智能顯示功能

系統(tǒng)控制中心為可編程控制箱，具有10.4寸顯示屏，可模擬顯示皮帶的動(dòng)態(tài)畫面、保護(hù)狀態(tài)、設(shè)備及電話在線狀態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)。控制箱可設(shè)置數(shù)據(jù)參數(shù)與報(bào)警值方便皮帶實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，單皮帶控制分站具有液晶顯示屏，可顯示皮帶運(yùn)行狀態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)等，還具有參數(shù)、濾波延時(shí)設(shè)置功能。

3 運(yùn)輸系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

3.1.1 主運(yùn)輸系統(tǒng)

銀星一號(hào)煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)主要由9條固定式膠帶運(yùn)輸機(jī)構(gòu)成，分別為14采區(qū)12煤運(yùn)輸上山皮帶、井底煤倉轉(zhuǎn)載皮帶、14采區(qū)集中運(yùn)輸斜巷皮帶、1050運(yùn)輸大巷皮帶、1110 上倉皮帶、1150 集中運(yùn)輸大巷皮帶、1200運(yùn)輸石門皮帶、三煤運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷皮帶及11采區(qū)主井皮帶。每條皮帶就地控制均采用PLC 控制柜+變頻器控制柜+華寧皮帶保護(hù)器，目前僅能實(shí)現(xiàn)就地單條皮帶的控制及傳感器采集功能，不能實(shí)現(xiàn)上下級(jí)皮帶間的聯(lián)動(dòng)及遠(yuǎn)程控制功能。

3.1.2 給煤機(jī)

目前主運(yùn)皮帶上共6個(gè)煤倉和6臺(tái)給煤機(jī)。其中，11采區(qū)3臺(tái)，現(xiàn)已完成集控系統(tǒng)改造，具備上位機(jī)通過OPC（工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）協(xié)議接入功能；14采區(qū)3臺(tái)，目前正在進(jìn)行智能化集控改造。

3.1.3 地面篩分系統(tǒng)

銀星一號(hào)煤礦地面篩分系統(tǒng)用于將主驅(qū)皮帶來的煤進(jìn)行破碎、篩分、去矸石，并將最終的末煤送入末煤倉，將矸石送入矸石倉。當(dāng)前篩分系統(tǒng)中的皮帶、振動(dòng)篩、給煤機(jī)、破碎機(jī)、電液推桿插板閥及電液閘閥等多數(shù)已經(jīng)配置了電控裝置，相關(guān)設(shè)備已接入AB-logix 集控系統(tǒng)，銀星一號(hào)煤礦地面篩分系統(tǒng)主要用于洗煤廠集控，篩分系統(tǒng)由現(xiàn)場操作人員手動(dòng)操作。

3.1.4 架空乘人裝置

銀星煤礦共有4部架空乘人裝置。其中11采區(qū)2部，控制方式采用PLC 控制柜+變頻器+電磁啟動(dòng)器的形式。系統(tǒng)工頻運(yùn)行時(shí)，采用電磁啟動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)變頻運(yùn)行時(shí)，采用變頻柜驅(qū)動(dòng)。現(xiàn)場PLC 控制柜無遠(yuǎn)程通訊接口，不具備遠(yuǎn)程集控條件。14采區(qū)架空乘人裝置2部，具備遠(yuǎn)程集控接入條件。

3.2 主運(yùn)輸智能改造方案

3.2.1 智能化改造系統(tǒng)架構(gòu)

銀星煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)智能改造架構(gòu)如圖1所示。

圖1 銀星煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)智能改造架構(gòu)

3.2.2 詳細(xì)改造說明

（1）集控中心點(diǎn)改造。在11采區(qū)主斜井皮帶地面機(jī)房內(nèi)配置1臺(tái)礦用隔爆兼本安型可編程控制箱，將其作為全煤流運(yùn)輸集控系統(tǒng)的控制主站。在主斜井機(jī)頭集控室配置1臺(tái)礦用本安型操作臺(tái)，通過其控制按鈕和觸摸屏，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)所有皮帶的聯(lián)鎖啟停控制及狀態(tài)監(jiān)控[2]。

（2）固定式膠帶輸送機(jī)改造。銀星一號(hào)煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)的9條固定式膠帶輸送機(jī)分別配置1臺(tái)礦用隔爆兼本安型可編程控制箱，通過RS485（智能儀表）與華寧皮帶保護(hù)器進(jìn)行通訊，采集皮帶保護(hù)（如急停、跑偏、撕裂、張力、煙霧、溫度、堆煤等）傳感器數(shù)據(jù)。

3.3 控制方式設(shè)計(jì)

3.3.1 集中自動(dòng)控制

（1）就地集中自動(dòng)控制。由于主斜井皮帶機(jī)頭操作臺(tái)老舊，建議更換操作臺(tái)，增加控制設(shè)備數(shù)量，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)集控系統(tǒng)所有設(shè)備的自動(dòng)聯(lián)鎖控制。即完全由PLC 根據(jù)設(shè)定的邏輯過程對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中自動(dòng)控制，各設(shè)備的運(yùn)行滿足連鎖邏輯的要求，所有保護(hù)均投入使用。

（2）遠(yuǎn)程集中自動(dòng)控制。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控站的監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的一鍵啟停控制、聯(lián)動(dòng)控制。正常情況下系統(tǒng)均以此種方式運(yùn)行。

3.3.2 遠(yuǎn)程/就地單控制

可根據(jù)需求選擇遠(yuǎn)程啟動(dòng)或就地啟動(dòng)，可在遠(yuǎn)程調(diào)度室或現(xiàn)場對(duì)單臺(tái)設(shè)備進(jìn)行啟停控制。

4 給煤機(jī)集控系統(tǒng)智能化改造

4.1 11采區(qū)給煤機(jī)接入

11 采區(qū)的+1110 給煤機(jī)、+1150 給煤機(jī)、+1200給煤機(jī)均已完成集控改造，可從主井井口機(jī)房上位機(jī)軟件通過OPC 接口，由原集控建設(shè)廠家提供點(diǎn)表，接入運(yùn)輸系統(tǒng)集控平臺(tái)。

其中每臺(tái)給煤機(jī)煤倉上口配置1臺(tái)光端機(jī)，通過RS485通信，采集原+1110煤倉、+1150煤倉、+1200煤倉煤位信號(hào)，并通過光端機(jī)以太網(wǎng)接口接入井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳。

4.2 14采區(qū)給煤機(jī)集控系統(tǒng)改造

14采區(qū)給煤機(jī)集控系統(tǒng)改造架構(gòu)如圖2所示。

圖2 14采區(qū)給煤機(jī)集控系統(tǒng)改造架構(gòu)

通過PLC 控制柜內(nèi)裝有的模擬量模塊、以太網(wǎng)模塊、RS485通信模塊，模擬量模塊可實(shí)現(xiàn)變頻器頻率給定、運(yùn)行頻率監(jiān)測功能。以太網(wǎng)模塊實(shí)現(xiàn)控制命令的上傳下達(dá)、遠(yuǎn)程控制、及給煤機(jī)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的上傳功能，控制系統(tǒng)無縫連接至現(xiàn)有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)調(diào)度指揮中心遠(yuǎn)程集中控制。RS485通信模塊實(shí)現(xiàn)變頻器與PLC 間的數(shù)據(jù)通信，給煤機(jī)煤倉上口加裝雷達(dá)煤位計(jì)和1臺(tái)數(shù)據(jù)光端機(jī)，用于采集煤位計(jì)數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)傳入PLC 控制柜，實(shí)現(xiàn)煤倉煤位與給煤機(jī)的智能聯(lián)動(dòng)。給煤機(jī)前后各安裝1臺(tái)高清防爆廣角攝像頭，攝像頭畫面通過網(wǎng)絡(luò)接入地面集控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)動(dòng)及現(xiàn)場畫面的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

5 地面篩分系統(tǒng)集控智能化改造

銀星煤礦地面篩分系統(tǒng)改造架構(gòu)如圖3所示。

圖3 銀星煤礦地面篩分系統(tǒng)改造

5.1 101皮帶改造

配置1臺(tái)礦用隔爆兼本安型可編程控制箱，實(shí)現(xiàn)對(duì)101皮帶的煤倉電液推桿就地啟停控制。對(duì)可編程控制箱內(nèi)的模擬量輸入模塊，并采集紅外溫度傳感器、溫度變送器、振動(dòng)傳感器和電流傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)值。

5.2 201皮帶改造

配置1臺(tái)礦用隔爆兼本安型可編程控制箱，實(shí)現(xiàn)對(duì)201皮帶的煤倉電液推桿就地啟停控制。對(duì)可編程控制箱內(nèi)的模擬量輸入模塊，并采集紅外溫度傳感器、溫度變送器、振動(dòng)傳感器和電流傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)值。

5.3 原煤倉頂部刮板運(yùn)輸機(jī)改造

配置1臺(tái)礦用隔爆兼本安型可編程控制箱，實(shí)現(xiàn)對(duì)原煤倉頂部204刮板運(yùn)輸機(jī)、205刮板運(yùn)輸機(jī)的就地啟停控制。對(duì)可編程控制箱內(nèi)的模擬量輸入模塊，并采集紅外溫度傳感器、溫度變送器、振動(dòng)傳感器和電流傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)值。

原煤倉頂可編程控制箱內(nèi)置以太網(wǎng)光口，通過光纖接入原煤倉配電室PLC 控制柜，通過PLC 控制柜內(nèi)的以太網(wǎng)接口接入工業(yè)控制網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸及控制命令的下發(fā)。

6 結(jié)束語

寧夏銀星全煤流運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能定位播報(bào)、煤倉監(jiān)測與皮帶聯(lián)動(dòng)、智能顯示功能、設(shè)備通訊狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置等，提高了煤礦企業(yè)的運(yùn)作效率，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了設(shè)備故障，為煤礦企業(yè)節(jié)約了成本，有效實(shí)現(xiàn)了煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)的智能化發(fā)展。