煤礦井下主運自動化系統(tǒng)改造設(shè)計

□□ 朱娟娟

(山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

引言

由于帶式輸送機運輸量大、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、便于維護等優(yōu)點，已成為煤礦運輸?shù)暮诵脑O(shè)備，承擔(dān)著煤炭的運輸工作，在整個煤礦開采過程中占據(jù)著重要地位。安全高效、集成化、自動化程度高的主運輸控制系統(tǒng)可大大提升煤礦企業(yè)的工作效率、管理水平和經(jīng)濟效益。某煤礦主運輸系統(tǒng)由于戰(zhàn)線長、人員多、控制設(shè)備老化、通訊系統(tǒng)陳舊、自動化程度低，已影響到企業(yè)生產(chǎn)。因此，對其主運輸系統(tǒng)進行改造，以PLC控制為核心，由以太環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)通訊連接來實現(xiàn)主運輸系統(tǒng)的集中控制[1]。

1 煤礦井下主運輸系統(tǒng)介紹

該煤礦井下主運輸系統(tǒng)控制的主運設(shè)備包含13部皮帶(北皮帶、北東一部、北東二部、北東三部、北東四部、東南一部、東南二部、南東皮帶、暗斜井、下倉皮帶、上倉皮帶、正南一部、正南二部)，1部給煤機，4部除鐵器和2部破碎機，運輸距離約為9 660 m。主運輸系統(tǒng)運輸路線長、人員多，所有皮帶均由崗位工作人員現(xiàn)場控制；絕大多數(shù)設(shè)備由皮帶防護箱控制，而防護箱沒有通訊接口，無法實現(xiàn)集中控制；通訊系統(tǒng)采用的是老舊式電鈴，通訊效果差；傳感器可靠性不高，低速傳感器損壞頻繁，同時還缺少電流、電壓、溫度、倉位等的檢測設(shè)備；運輸系統(tǒng)沒有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，不能實時在線監(jiān)測設(shè)備故障，而需要人工巡檢。以上因素導(dǎo)致整個主運系統(tǒng)自動化程度低，不利于提高勞動效率和安全管理水平，亟需對其進行集控系統(tǒng)改造[2]。

2 煤礦井下主運輸系統(tǒng)改造設(shè)計

隨著自控技術(shù)、計算機信息技術(shù)、信號檢測與傳輸技術(shù)、通訊技術(shù)及現(xiàn)場總線技術(shù)等的快速發(fā)展，皮帶運輸集控系統(tǒng)日趨完善，極大提升了生產(chǎn)安全性、生產(chǎn)運行效率，實現(xiàn)了皮帶運輸系統(tǒng)控制與管理的高度自動化[3]。

2.1 集控系統(tǒng)

改造設(shè)計中以結(jié)構(gòu)簡單、性價比高、安全可靠、功能完善、易于維護為原則，將所有井下帶式輸送機全部采用集中控制方式，配置PLC主機進行集中控制，整個集控系統(tǒng)可實現(xiàn)就地單機控制(主機及輔機)，也可在集控中心集中一鍵起停皮帶，同時為后期留有擴展空間。主控系統(tǒng)采用“PLC、操作臺、計算機”相結(jié)合的監(jiān)測控制方式，以西門子S7-300PLC控制為核心，利用煤礦原有以太環(huán)網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)各控制分站與調(diào)度中心的通訊，通過調(diào)度中心上位機進行地面遠程控制，可靠地實現(xiàn)了控制、拖動、監(jiān)測的無縫連接，同時可對帶式輸送機所有運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)測與控制[4]。

每部皮帶機均配置PLC控制柜、防爆攝像儀、防爆千兆交換機、皮帶保護、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、溫度傳感器、振動傳感器、制動器、到位檢測傳感器及智能通訊系統(tǒng)，還可實現(xiàn)對皮帶堆煤、跑偏、滅火灑水、低速、煙霧、縱撕、張力下降等情況實時監(jiān)測。集控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖1所示。

圖1 集控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

2.2 皮帶操作控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)有兩種控制方式，一種是有聯(lián)鎖(集中)控制方式，另一種是解鎖(就地)控制方式，二者可相互轉(zhuǎn)換，但不會同時動作。正常生產(chǎn)時，在集中控制方式下，由集中控制室操作，通過主控PLC下達指令；檢修與單機運行時，采用就地控制方式(現(xiàn)場手動)。兩種方式的選擇，均可在連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)場就地控制柜上進行指令交換后完成。

在手動控制情況下，可通過現(xiàn)場操作臺上的起停按鈕來實現(xiàn)皮帶的起?？刂埔约岸嗯_電機的力矩平衡。同時可與其他皮帶聯(lián)鎖控制，皮帶的打滑、跑偏等沿線保護全部可投入運行。

在自動運行情況下，由PLC程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，可在集控中心控制整個系統(tǒng)。在集控中心發(fā)出命令來實現(xiàn)皮帶系統(tǒng)的起?？刂?，逆料流啟動皮帶、順料流停止。系統(tǒng)自動實現(xiàn)對變頻器、輔機設(shè)備等的控制功能以及力矩平衡，且整個系統(tǒng)的保護功能可全部運行。

在就地檢修工作方式下，皮帶機可進行低速驗帶，其速度<0.2 m/s,這樣便于檢修人員開展檢修工作，此時，各種保護可按工藝需求有選擇地投入運行，也可以實現(xiàn)就地單機控制，以便于進行檢修，各種沿線保護不運行，只運行停車保護。

2.3 遠程監(jiān)控系統(tǒng)

整個控制系統(tǒng)各PLC分站通過網(wǎng)絡(luò)接入集控系統(tǒng)，由上位機進行遠程監(jiān)控，可實現(xiàn)以下三方面的功能。

(1)管理功能。生成皮帶控制的整個工藝流程，為操作人員提供直觀形象、清晰、易于操作、人性化的人機界面，畫面能夠生動形象地反映全部工藝流程、顯示現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，并可實現(xiàn)實時/歷史數(shù)據(jù)、實時/歷史曲線、報警記錄等參數(shù)顯示、查詢及保存。

(2)通訊功能。上位機通過通訊線纜，采用標準通訊協(xié)議，實現(xiàn)現(xiàn)場控制站通訊，并通過局域網(wǎng)實現(xiàn)系統(tǒng)所有運行數(shù)據(jù)的實時交換與共享。

(3)設(shè)備監(jiān)控功能。操作人員可在集控中心實時查看設(shè)備的運行情況，也可對部分設(shè)備進行操作控制。如可顯示整個系統(tǒng)皮帶運行情況、每臺電機運行情況、每臺電機電流和電壓值、故障報警值、變頻運行參數(shù)等。

同時，為了便于直觀了解皮帶的運行情況，顯示實時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)設(shè)計了設(shè)備狀態(tài)流程畫面、棒狀圖、重要參數(shù)數(shù)據(jù)監(jiān)控畫面、事故顯示記錄及控制操作畫面。

2.4 皮帶沿線視頻監(jiān)測系統(tǒng)

為適應(yīng)煤礦發(fā)展的高標準要求，創(chuàng)造安全的礦區(qū)環(huán)境，依據(jù)配置合理、留有余地、性價比高、安全可靠等原則進行了視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造。在皮帶下料口、驅(qū)動位、沿線和井下給煤機機頭等重要位置安裝了38臺攝像儀，攝像儀選用KB127礦用隔爆型網(wǎng)絡(luò)攝像儀，通過光纖進行信號傳輸，信號穩(wěn)定、成像清晰。在集控室安裝了視頻顯示終端和存儲設(shè)備，對視頻圖像進行存儲和顯示。同時系統(tǒng)留有RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，為煤礦綜合自動化系統(tǒng)留有擴展空間。視頻監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖如圖2所示。

圖2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖

2.5 語音調(diào)度通訊系統(tǒng)

遵循先進性、實用性、可擴展性和可靠性原則，改造設(shè)計中為系統(tǒng)配置了一套數(shù)字式調(diào)度總機及廣播系統(tǒng)，在各皮帶沿線設(shè)立擴音電話，同時可接入地面電話，以便于調(diào)度人員指揮生產(chǎn)。通過調(diào)度通訊系統(tǒng)實現(xiàn)全礦的語音廣播。

3 結(jié)語

此改造設(shè)計方案，設(shè)計合理、自動化程度高、使用方便、安裝操作簡單、易于維護，能滿足帶式輸送機常規(guī)起動、重載起動、自動張緊等多種復(fù)雜控制和綜合保護要求。除能實現(xiàn)單機控制外，還具有網(wǎng)絡(luò)通信接口可進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)輸料系統(tǒng)集中監(jiān)測及控制功能。