錦界煤礦連采膠帶機集控系統(tǒng)的介紹

[摘 要]神東煤炭分公司錦界煤礦率先進行數(shù)字化礦山建設(shè)，其中連采膠帶機集控系統(tǒng)已完成改造。本文介紹錦界煤礦連采膠帶機集控系統(tǒng)，從其結(jié)構(gòu)和工作方式出發(fā)，做一個系統(tǒng)的、詳細的介紹，為其他煤企的自動化改造提供一個模板。

[關(guān)鍵詞]煤炭 連采膠帶機 集控 自動化

中圖分類號：TD634 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）19-0163-02

引言

神華集團神東煤炭分公司下屬錦界煤礦是錦能煤電一體化的配套項目，由神東煤炭集團進行專業(yè)化管理。2004年4月開工建設(shè)，歷時30個月，于2006年9月建成投產(chǎn)，井田可采煤層7層，共有資源儲量20.93億噸，可采儲量15.78億噸。錦界煤礦地質(zhì)條件較好，煤層傾角小，無斷層，采用長臂采煤法回采，每個采煤工作面的推進長度在5000米左右。目前礦里配置三個綜采隊和三個連采隊進行采煤和掘進作業(yè)，每個掘進工作面需安設(shè)3-4部膠帶機才能滿足連采掘進工作的需求，每部膠帶機每班需要一名崗位工進行操作和維護運行，這就造成了極大的人力資源浪費且增加了崗位的不安全因素。連采膠帶機的自動化改造工程列入錦界煤礦數(shù)字化改造工程中，于2015年7月底順利完成改造，并成立了連采膠帶機集控室，實現(xiàn)了地面集控室對井下連采膠帶機的遠程集中控制。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)概況

連采膠帶機集控系統(tǒng)依托原有工業(yè)環(huán)網(wǎng)，在每部膠帶機機頭分別安裝一臺KTC102+控制器、一臺QJZ-200智能磁力啟動器或變頻器、一套KTC102+通訊保護系統(tǒng)、一臺高清網(wǎng)絡(luò)攝像機。KTC102+控制器接入附近環(huán)網(wǎng)交換機，使用485通訊方式采集QJZ-200智能磁力啟動器或變頻器、上級移變電源、皮帶保護數(shù)據(jù)并通過環(huán)網(wǎng)上傳上位機，網(wǎng)絡(luò)攝像直接接入附近環(huán)網(wǎng)交換機上傳視頻。在每個連采工作面安裝一臺KJD127型礦用隔爆兼本質(zhì)安全型監(jiān)控主機并接入環(huán)網(wǎng)交換機中，作為井下連采工作面遠程控制膠帶機的上位機；地面集控室采用普通非防爆電腦作為接入環(huán)網(wǎng)，作為地面集控室遠程控制膠帶機的上位機。膠帶機有四種控制方式：1.遠控模式：當膠帶機機頭控制器工作方式為遠控時，地面集控室集控值班員在地面集控主機上通過MACS-SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)對井下連采各隊各部膠帶機的遠程啟、停操作，并通過uniview視頻監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控運行情況，各連采隊工作人員也可以通過工作面的KJD127型礦用隔爆兼本質(zhì)安全型監(jiān)控主機上的膠帶機集控組態(tài)實現(xiàn)對本隊各部膠帶機的遠程啟、停操作并對膠帶機運行過程中的實時視頻監(jiān)控；2.近控模式：當膠帶機機頭控制器工作方式為近控時，工作人員必須在機頭控制器上就地操作皮帶的啟停；3.檢修模式：當膠帶機機頭控制器工作方式為檢修時，檢修人員必須在機頭控制器上就地操作本部膠帶機的啟停，檢修模式下無與上級膠帶機的聯(lián)鎖保護功能，可以在上部膠帶機停機狀態(tài)下進行檢修作業(yè)，其他保護要求處于正常狀態(tài)；4.點動模式：當膠帶機機頭控制器工作方式為點動時，操作人員必須就地操作皮帶，點動模式為膠帶機或保護故障，需緊急操作膠帶機時使用的單點模式。以上4種工作模式中，只有遠控模式下才可遠程操作膠帶機，其他三種模式下上位機無法操作膠帶機的啟停，但可以讀取膠帶機保護、開關(guān)和移變電源的數(shù)據(jù)，避免了檢修期間膠帶機的混亂操作引起的安全隱患，并做到了對膠帶機運行的實時監(jiān)控。

1.2 系統(tǒng)硬件部分

連采膠帶機集控系統(tǒng)是由工業(yè)環(huán)網(wǎng)、上位機、下位機、傳感器（膠帶機保護）和執(zhí)行元件（真空磁力啟動器或變頻器）五大部分組成。操作員通過上位機實現(xiàn)人機交互，上位機通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)與下位機互通數(shù)據(jù)，下位機通過傳感器采集保護信號，下位機通過執(zhí)行元件控制膠帶機。結(jié)構(gòu)示意圖如下圖（圖1）

1.2.1 工業(yè)環(huán)網(wǎng)

井下主環(huán)網(wǎng)交換機采用ATN950B增強型以太網(wǎng)交換機；連采順槽膠帶機機頭和工作面的分支交換機采用ATN910增強型以太網(wǎng)交換機作為膠帶機機頭或工作面的數(shù)據(jù)上傳單元。

1.2.2 KJD127型礦用隔爆兼本質(zhì)安全型監(jiān)控主機

KJD127型礦用隔爆兼本質(zhì)安全型監(jiān)控主機為Windows XP系統(tǒng)，可以直接作為區(qū)域主機與該區(qū)域控制線路上的所有KTC102+控制器通信，通過其豐富的接口將整個區(qū)域的各臺KTC102+控制器的數(shù)據(jù)讀取到本機上，也可以通過光纖環(huán)網(wǎng)通信完成分布式KTC102+控制器的數(shù)據(jù)采集、智能控制。

1.2.3 KTC102+控制器：

KTC102+控制器采用32位Cortex M4 with FPU RISC CPU作為處理器；采用RTOS實時嵌入式操作系統(tǒng)；同時可提供多種PLC應(yīng)用需求，提供多種傳感器連接使用；采用7寸彩色液晶屏，分辨率800×480；顯示屏和主控制板進行模塊封裝，可以更好地滿足現(xiàn)場惡劣的工況；兼容KTC102沿線，具有2路485接口、1路以太網(wǎng)接口，可以擴展光電模塊，對外引出光信號，且預(yù)留了一路CAN接口；有16路輸入量，有12路開關(guān)量輸出，有2路模擬量輸出，接口豐富；可以遠程查看控制器信息，對外提供httpAPI接口協(xié)議，可實現(xiàn)對多個KTC102+進行統(tǒng)一管理。

1.2.4 皮帶保護系統(tǒng)

（1）速度傳感器，有兩種型號傳感器，其中GSC6-SA/B是開關(guān)量傳感器，有常開常閉兩種工作方式，可以通過傳感器內(nèi)部撥碼開關(guān)設(shè)置速度運行范圍；GSC-SC為模擬量傳感器，可以上傳實時的膠帶機速度數(shù)據(jù)。

（2）跑偏傳感器，型號為GEJ-15-P，分別在機頭和機尾膠帶機的兩側(cè)各安裝一個跑偏傳感器，當膠帶機發(fā)生跑偏時，推動傳感器萬向活動桿動作，傳感器向控制器輸出開關(guān)量以保護皮帶，具有常開和常閉兩種方式可調(diào)。

（3）堆煤傳感器，型號為GUD-330-D1，一般安裝在機頭卸載點上方，當卸載點發(fā)生堆煤時，傳感器探頭與煤接觸，通過煤和大地形成回路，傳感器動作并向控制器輸出開關(guān)量。

（4）煙霧傳感器，型號為GQL0.1-Y，一般安裝在巷道回風側(cè)距機頭10米-15米處，當經(jīng)過探頭的氣體煙霧超標時，傳感器對外發(fā)出光電提示，并向控制器輸出開關(guān)量信息。

（5）溫度傳感器，型號為GWM-40-W，傳感器探頭安裝在驅(qū)動滾筒上，當溫度超限時，傳感器向控制器輸出開關(guān)量信息。

1.2.5 執(zhí)行元件

（1）真空磁力啟動器

1000米的膠帶機使用南京雙京廠家生產(chǎn)的QJZ-200啟動器，提供485通訊接口，可以使用485通訊與下位機控制器實現(xiàn)通訊，通過控制器進入以太網(wǎng)與上位機通訊，實現(xiàn)電流、電壓、功率、電阻等數(shù)據(jù)的實時上傳和參數(shù)的遠程修改以及遠程控制。

（2） 變頻器

2500米膠帶機使用北京山潛生產(chǎn)的變頻器，具備485通訊功能，可以使用485通訊與下位機控制器實現(xiàn)通訊，通過控制器進入以太網(wǎng)與上位機通訊，實現(xiàn)電流、電壓、功率、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)的實時上傳和參數(shù)的遠程修改以及遠程控制。

1.3 系統(tǒng)軟件部分

1.3.1 錦界煤礦綜合智能一體化生產(chǎn)控制系統(tǒng)

錦界煤礦綜合智能一體化生產(chǎn)控制系統(tǒng)是北京和利時公司專門針對錦界煤礦數(shù)字化礦山建設(shè)設(shè)計提供的一款MACS-SCADA大型綜合監(jiān)控系統(tǒng)。MACS-SCADA大型綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件作為各專業(yè)自動化系統(tǒng)統(tǒng)一的軟件平臺，采用分層分布網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成中央級和基站級監(jiān)控網(wǎng)，基于同一個軟件平臺集成或互聯(lián)各專業(yè)自動化子系統(tǒng)，具有靈活的體系結(jié)構(gòu)和完善的功能，多應(yīng)用于核電、電力SCADA、地鐵、輕軌鐵路等系統(tǒng)。錦界煤礦綜合智能一體化生產(chǎn)控制系統(tǒng)共包括采、掘、機、運、通等21個子系統(tǒng)，其中的掘進子系統(tǒng)又細分為三個連采隊模塊，每個隊分為膠帶機和供電兩部分，通過膠帶機子系統(tǒng)可以遠程控制所有連采膠帶機，并且畫面上顯示皮帶的實時運行參數(shù)，同時也可以查看每條皮帶的詳細參數(shù)（電機電流、功率、溫度等信息），也可通過事件日志查詢所有的操作記錄以及發(fā)生故障時自動生成報警記錄等，為集控值班員提供簡單、清晰、完整、易操作的人機交互平臺。膠帶機集控系統(tǒng)如下圖（圖2）

1.3.2 井下膠帶機監(jiān)控系統(tǒng)

井下膠帶機監(jiān)控系統(tǒng)是用組態(tài)王軟件開發(fā)的。組態(tài)王是亞控科技根據(jù)當前的自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢，面向低端自動化市場及應(yīng)用，具有適應(yīng)性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點，非常適用于數(shù)量和信息經(jīng)常變化的連采膠帶機。畫面如下圖（圖3）

1.3.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

集控值班員可通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)實時觀察連采各部膠帶機的運行情況。視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用杭州宇視uniview系統(tǒng)，具有實時監(jiān)控，錄像存儲等功能，具有高清，易設(shè)置，調(diào)用錄像方便等優(yōu)點。

2 系統(tǒng)運行關(guān)鍵要素

（1）工業(yè)環(huán)網(wǎng)。工業(yè)環(huán)網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸通道，稱為自動化的血管，一旦出現(xiàn)故障，自動化直接癱瘓。錦界煤礦環(huán)網(wǎng)采用華為工程師設(shè)計方案實施，穩(wěn)定性較好，故障率較低。

（2）上位機和下位機的系統(tǒng)。無論是上位機，還是下位機，其系統(tǒng)的穩(wěn)定直接影響著集控系統(tǒng)的正常使用。上位機使用的MACS-SCADA生產(chǎn)控制系統(tǒng)和組態(tài)王相對較穩(wěn)定；下位機KTC102+控制器使用可編程的單片機邏輯控制器，也比較穩(wěn)定。

（3）傳感器

自動化的實現(xiàn)，關(guān)鍵在于傳感器的正常穩(wěn)定運行，傳感器相當于系統(tǒng)的五官，相當重要。膠帶機的傳感器有速度、跑偏、堆煤、煙霧、溫度、聯(lián)鎖，只有這些傳感器能正產(chǎn)穩(wěn)定運行，才能保證膠帶機的正常運轉(zhuǎn)和故障時的及時停機。

3 結(jié)語

錦界煤礦連采膠帶機集控自從2015年7月底改造完成使用以來，運行平穩(wěn)，為礦里節(jié)約了人力資源，減少了電力浪費，為減員增效做出巨大貢獻。在這自動化水平不斷提高的大環(huán)境下，連采膠帶機的集控也將成為必然趨勢。

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作者簡介：

南海龍，1988年出生，男，甘肅省定西市人，現(xiàn)供職于神東煤炭集團錦界煤礦機電辦，助理工程師，畢業(yè)于中國礦業(yè)大學，學士學位。