煤礦井下膠帶機(jī)智能化精確控制研究與應(yīng)用

周 琛，楊再君，張國慶

（兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦，山東濟(jì)寧 272100）

0 引言

目前，膠帶輸送機(jī)、給煤機(jī)已成為原煤運(yùn)輸過程的重要運(yùn)輸設(shè)備，設(shè)備的集中控制、高效、安全、無故障運(yùn)轉(zhuǎn)成為提高原煤運(yùn)輸效率的主要方式。傳統(tǒng)的膠帶機(jī)集控方式，均為現(xiàn)場設(shè)置崗點(diǎn)操作人員，獨(dú)立控制每條膠帶的啟停，系統(tǒng)分散，控制的靈活性差，且各膠帶驅(qū)動設(shè)備的配置均有明顯差異，造成人員設(shè)置臃腫、勞動強(qiáng)度大、系統(tǒng)運(yùn)行效率低、故障處理速度慢、溝通效率低等問題。操作不當(dāng)，甚至?xí)鹪O(shè)備損壞及人員傷亡。因此，通過智能化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)的集中控制，就顯得尤為必要。

本文從兗州煤業(yè)鮑店煤礦井下膠帶集控系統(tǒng)的實(shí)際情況出發(fā)，通過現(xiàn)場膠帶機(jī)設(shè)備配置情況，參考國內(nèi)膠帶機(jī)集控主流改造方式，從需要實(shí)現(xiàn)的功能出發(fā)，制定了一套適合鮑店煤礦膠帶運(yùn)輸?shù)木_控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)主要包括PLC 集控系統(tǒng)、永磁電機(jī)加變頻器控制系統(tǒng)、產(chǎn)品均衡系統(tǒng)、專家智能決策系統(tǒng)、手機(jī)APP 系統(tǒng)、設(shè)備點(diǎn)檢系統(tǒng)等。

1 系統(tǒng)實(shí)施

1.1 調(diào)度中心

監(jiān)控中心設(shè)置在地面集控室內(nèi)，通過工作站安裝的集控操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對井下膠帶機(jī)、給煤機(jī)的遠(yuǎn)程控制及監(jiān)測?？刂葡到y(tǒng)的操作和監(jiān)視均采用計(jì)算機(jī)操作方式，上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控選用GE公司的最新實(shí)時(shí)監(jiān)控組態(tài)軟件IFIX5.8 平臺。

1.2 膠帶機(jī)、給煤機(jī)集中控制系統(tǒng)

膠帶機(jī)、給煤機(jī)集中控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對井下14 條主運(yùn)膠帶機(jī)和給煤機(jī)的控制，包括控制膠帶的啟停、給煤機(jī)的啟停、變頻器運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測監(jiān)控等。

井下膠帶采用永磁電機(jī)加變頻器的驅(qū)動方式，采用三電平永磁伺服變頻控制器對井下輸送機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了變頻器單機(jī)啟動膠帶機(jī)時(shí)的煤量自動調(diào)節(jié)功能，實(shí)現(xiàn)了變頻器多機(jī)啟動膠帶機(jī)時(shí)變頻器之間的自動調(diào)節(jié)功率，達(dá)到了功率的動態(tài)平衡。同時(shí)膠帶機(jī)機(jī)械部分采用熱浸鋅機(jī)架，保證了機(jī)械性能的穩(wěn)定。膠帶沿線托輥全部采用高分子托輥，具有輕便、耐磨、不粘附物料、與膠帶的摩擦系數(shù)低、自潤滑性等優(yōu)點(diǎn)。高分子塑料托輥能延長膠帶使用周期、節(jié)省能源、有效改善井下工作環(huán)境。

井下每條膠帶配置監(jiān)控主站、給煤機(jī)配置分站，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的監(jiān)控控制。

井下每條膠帶機(jī)控制處分別安設(shè)礦用隔爆兼本安型可編程控制站，實(shí)現(xiàn)了對膠帶機(jī)設(shè)備的集中控制；地面集控系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示膠帶機(jī)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并及時(shí)對膠帶機(jī)現(xiàn)場故障點(diǎn)做出預(yù)警、報(bào)警，并形成歷史記錄，便于查閱故障記錄，及時(shí)排除現(xiàn)場設(shè)備隱患。

集控系統(tǒng)以PLC 控制為核心，將上位機(jī)、PLC 控制站、膠帶機(jī)保護(hù)傳感器等進(jìn)行資源整合，組成監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。

集控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)感知層、PLC 控制層和操作監(jiān)控層3 層結(jié)構(gòu)。

第一層：操作監(jiān)控層。主要組成部件：集控平臺開發(fā)維護(hù)工作站、組態(tài)監(jiān)控操作工作站、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)等；各膠帶機(jī)控制子系統(tǒng)將采集到的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過以太環(huán)網(wǎng)上傳至地面工作站，由工作站提供數(shù)據(jù)的調(diào)用。

第二層：設(shè)備控制層。主要由西門子PLC 控制系統(tǒng)組成，采用主站+遠(yuǎn)程I/O 模塊結(jié)構(gòu)，通過以太網(wǎng)接入設(shè)備控制層，上傳設(shè)備運(yùn)行信息并執(zhí)行控制指令。

第三層：數(shù)據(jù)感知層。主要包括膠帶機(jī)的沿線閉鎖、跑偏、速度、堆煤、煤倉煤位、溫度等傳感器的參數(shù)及數(shù)據(jù)監(jiān)測。

1.3 圖像監(jiān)控系統(tǒng)

每個轉(zhuǎn)載點(diǎn)、給煤點(diǎn)、煤倉上下口、驅(qū)動部、機(jī)尾滾筒處安裝高清攝像儀，并且在地面進(jìn)行錄像存儲；圖像監(jiān)控信號，布置百兆光纖進(jìn)行傳輸，視頻監(jiān)控系統(tǒng)與膠帶機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分開。

1.4 語音預(yù)警聯(lián)動

膠帶機(jī)道沿線安裝擴(kuò)音電話用于語音報(bào)警，作為膠帶機(jī)的聯(lián)動預(yù)警裝置。

1.5 產(chǎn)量均衡系統(tǒng)

為高效率完成煤礦日常生產(chǎn)，系統(tǒng)從“煤倉煤位均衡”和“總產(chǎn)量均衡”兩個方面進(jìn)行煤流產(chǎn)量均衡控制策略。在煤量不均衡的情況下，及時(shí)發(fā)出系統(tǒng)預(yù)警，通過過煤量及煤倉存煤量，及時(shí)調(diào)整膠帶機(jī)、給煤機(jī)的啟停及運(yùn)速，確保整個膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的安全、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.6 專家決策系統(tǒng)

系統(tǒng)首先對膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行分解，分為機(jī)械和電氣兩個大類。根據(jù)類別不同，通過系統(tǒng)進(jìn)行分類管理，對機(jī)械及電氣部分指定對應(yīng)的檢修維護(hù)周期、報(bào)廢周期、日檢修內(nèi)容、周檢修內(nèi)容、月檢修內(nèi)容和年檢修內(nèi)容。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的周期自動預(yù)計(jì)提醒檢修內(nèi)容，同時(shí)可以打印生成檢修清單，方便人員檢修。

針對膠帶機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障問題，及時(shí)進(jìn)行閉環(huán)跟蹤，跟進(jìn)隱患處理進(jìn)度，保證集控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過膠帶機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計(jì)、分析，形成膠帶機(jī)運(yùn)行、檢修、更換等統(tǒng)計(jì)表，以詳實(shí)的技術(shù)數(shù)據(jù)做好膠帶機(jī)安全運(yùn)行的技術(shù)支持，對可能存在的故障問題提前預(yù)警，預(yù)知性維護(hù)膠帶機(jī)設(shè)備，降低膠帶機(jī)出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)。

1.7 智能APP 系統(tǒng)

在膠帶機(jī)道沿線建立無線WIFI 基站，在手機(jī)上安裝客戶端軟件，將膠帶機(jī)的啟停、故障查詢、視頻監(jiān)控等操作移入客戶端，從而達(dá)到現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)膠帶機(jī)的問題后，可以及時(shí)停車，故障處理完畢后迅速開車的效果，減少膠帶機(jī)故障停車時(shí)間，提高運(yùn)行效率。系統(tǒng)主要依托于已建設(shè)的膠帶運(yùn)輸自動化系統(tǒng)，使手持移動終端設(shè)備可通過無線網(wǎng)絡(luò)讀寫膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。

1.8 設(shè)備點(diǎn)檢系統(tǒng)

根據(jù)井下膠帶機(jī)的現(xiàn)狀、需求，特別定制設(shè)備點(diǎn)檢管理系統(tǒng)。通過集成點(diǎn)檢儀采集設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，將采集的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)與設(shè)備身份識別碼關(guān)聯(lián)，導(dǎo)入點(diǎn)檢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)的設(shè)備點(diǎn)檢、故障發(fā)現(xiàn)及處理、統(tǒng)計(jì)分析全過程智能管理，加強(qiáng)故障處理情況監(jiān)督，提升企業(yè)管理水平。

設(shè)備點(diǎn)檢系統(tǒng)主要由設(shè)備點(diǎn)檢、生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)集成等部分組成。

2 智能化精確控制系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)

2.1 社會效益

（1）提高安全保障能力。通過提升井下膠帶機(jī)現(xiàn)場裝備水平，實(shí)現(xiàn)膠帶系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集控操作，減少崗點(diǎn)人員，將富余人員補(bǔ)充至檢修人員隊(duì)伍中，保障膠帶機(jī)及人員安全。

（2）改善煤礦員工的生產(chǎn)條件，提高煤礦社會地位。智能化精確控制系統(tǒng)的建設(shè)，大幅降低了礦工的勞動強(qiáng)度，由原來的粗放型生產(chǎn)模式向精細(xì)化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。工作方式的改變，必將促進(jìn)員工形象的轉(zhuǎn)變，從而提高煤礦社會地位。

（3）節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)本安煤礦的目標(biāo)。智能化精確控制系統(tǒng)的建設(shè)，必將提高膠帶機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，可實(shí)時(shí)監(jiān)測膠帶機(jī)各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的實(shí)時(shí)動態(tài)管理，以科技保安全，成為實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全煤礦的有效途徑。

（4）提高員工的整體素質(zhì)，促進(jìn)社會進(jìn)步。隨著膠帶集控系統(tǒng)智能化水平的不斷提升，對井下職工業(yè)務(wù)技能水平的要求也隨之提高。新設(shè)備的使用、工作環(huán)境的改善，必將改變煤礦工人“黑大傻粗”的企業(yè)形象，鍛煉一批熟練操作、維修新膠帶集控系統(tǒng)機(jī)的職工，提升企業(yè)的整體水平。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）減崗效益。礦智能化精確控制系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了膠帶崗點(diǎn)的無人值守，生產(chǎn)效率大幅度提高。

（2）節(jié)能效益。智能化精確控制系統(tǒng)改造后，通過實(shí)時(shí)煤流監(jiān)測，采用順煤流開機(jī)等方式，減少了膠帶機(jī)的空運(yùn)時(shí)間，降低了膠帶機(jī)、給煤機(jī)等電氣設(shè)備及托輥、機(jī)架等機(jī)械設(shè)備的磨損，大大提高了膠帶機(jī)的運(yùn)行效率及穩(wěn)定性，降低了電能的損耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的工作目標(biāo)。

3 結(jié)語

智能化精確控制系統(tǒng)適合于當(dāng)前煤礦企業(yè)對原煤運(yùn)輸系統(tǒng)智能化改造提升的需要，膠帶集控系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)等融合在一起，構(gòu)成一個完整的操作、調(diào)度、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對整個井下運(yùn)輸系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。智能化精確控制系統(tǒng)的完成，提高了原煤運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)效率，降低膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的事故率，減少膠帶機(jī)的故障處理時(shí)間，減少膠帶機(jī)現(xiàn)場操作人員的數(shù)量，提高了膠帶機(jī)整體的經(jīng)濟(jì)效益，為煤炭企業(yè)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效、減人提效、安全生產(chǎn)的目標(biāo)提供了技術(shù)保障。