山西某礦主運輸系統(tǒng)智能化集中控制節(jié)能降耗方案研究

楊靜波

（山西蘭花同寶煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048407）

引言

本文針對某煤礦運輸系統(tǒng)的自動化集中控制需要，擬設(shè)計該方案并進行研究分析[1-4]。選用本方案（皮帶集控）實施后，可實現(xiàn)一個操作人員完成整個巷道皮帶運輸系統(tǒng)的監(jiān)控管理工作。同時，將現(xiàn)有的專職操作人員節(jié)省出來，分配到其他崗位，如沿線巡檢、設(shè)備保養(yǎng)與維護、現(xiàn)場清理等工作；從而更加有利于現(xiàn)場安全管理，減少設(shè)備故障率，延長設(shè)備使用壽命。采用本方案，可有效降低管理成本，提升生產(chǎn)效率和安全保障。

1 某礦主運輸系統(tǒng)概況

某礦以生產(chǎn)原煤為主，礦井生產(chǎn)能力120 萬t/年。礦井有工作人員511 人。礦井機械化程度較高，自動化程度極低，機械設(shè)備全部靠工作人員操作。其中主運輸系統(tǒng)由6 條皮帶、1 套給煤機組成。皮帶包括上倉皮帶、主斜井、16111 運輸巷皮帶機（4 條）。系統(tǒng)目前配置情況如下：上倉皮帶機頭設(shè)置1 套天津華寧的主控制器，用于控制上倉皮帶、主斜井皮帶。華寧主控制器提供RS232 接口。在皮帶機頭設(shè)置1 套主控制器，用于控制運輸巷皮帶機（4 條）。目前6 條皮帶都采用工人手動就地操作模式。給煤機采取工人就地手動操作模式，無煤倉煤位監(jiān)測傳感器。不能實現(xiàn)6 條皮帶的聯(lián)鎖啟動、停止功能。部分電氣參數(shù)采集不全，缺少電機電流、電機溫度等參數(shù)檢測。

該礦主運輸系統(tǒng)主要存在以下幾個問題：

1）人員緊缺。近年來礦井工作人員流失嚴重，導致礦井人員嚴重不足，工作人員多為一人多崗，勞動強度大，安全隱患及安全事故率極速升高。

2）能源浪費。礦井機械化程度較高，自動化程度低，機械設(shè)備全部依靠工作人員操作運行。由于受人員技術(shù)水平、操作水平及崗位敬業(yè)程度等因素影響，設(shè)備空載運行情況較為普遍，電能能源浪費嚴重，能源利用率低，直接導致原煤生產(chǎn)成本提高。

3）設(shè)備故障維修困難。煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境極差，機械設(shè)備出現(xiàn)故障后，排查故障較難，同時受到環(huán)境條件限制，故障處理需花費時間較長，嚴重制約礦井生產(chǎn)效率的提高。

針對上述問題，結(jié)合國家提出的“機械化換人、自動化減人”要求，該煤礦申報了主運輸皮帶機智能化集中控制節(jié)能降耗項目并進行實施。

2 煤礦運輸皮帶無人值守集控方案

2.1 控制方案

1）在上倉皮帶機頭旁主控制器旁邊增加PLC 控制柜一面，內(nèi)置S7-300 系列PLC 模塊，同時配置MODBUS 通信模塊，用KTC-101 主控制器進行通信，讀取皮帶保護、沿線閉鎖信息、皮帶預警等信息。

2）在皮帶機頭的主控制器旁增加防爆兼本安型控制箱一面，控制箱內(nèi)配置電源模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)化模塊（主控制器的RS232 信號轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)信號）、光電轉(zhuǎn)化模塊（用于光、電信號轉(zhuǎn)化）。通過防爆兼本安型控制箱將主控制器RS232 信號轉(zhuǎn)化成以太網(wǎng)信號，通過光纖將數(shù)據(jù)上傳至新增加PLC 控制柜，從而實現(xiàn)運輸巷皮帶主控制器所控制4 條皮帶數(shù)據(jù)的上傳及遠程控制。

3）PLC 控制柜內(nèi)內(nèi)置一定數(shù)量的模擬量和數(shù)字量模塊，用來采集煤倉煤位以及后續(xù)擴展的電機電流、溫度等參數(shù)，同時通過PLC 實現(xiàn)給煤機的遠程控制功能。

4）增加料位開關(guān)1 臺，實現(xiàn)對煤倉煤位的實時監(jiān)測。

5）增加PLC 程序控制，實現(xiàn)主斜井、上倉皮帶以及其他皮帶的就地/遠程的單條啟停和一鍵式聯(lián)鎖啟停功能。

6）完善主運輸系統(tǒng)的視頻監(jiān)控部分，實現(xiàn)對井下皮帶機頭、機尾的視頻監(jiān)控功能。在井下各皮帶的機頭、機尾增加相應(yīng)的攝像頭，實現(xiàn)對井下主運輸系統(tǒng)的全面監(jiān)控。

7）通過對現(xiàn)有皮帶沿線語音喊話系統(tǒng)改造，實現(xiàn)調(diào)度電話與皮帶沿線電話通話功能。

2.2 功能的實現(xiàn)

可實現(xiàn)一個地點集中和就地控制皮帶運輸機及給煤機等設(shè)備，實現(xiàn)一鍵啟停皮帶運輸機。實現(xiàn)分布式獨立啟停4 部運輸機，實現(xiàn)對皮帶運輸機、運行信號、傳感器信號實時監(jiān)測。實現(xiàn)對所控設(shè)備機頭機尾、重要搭接點位置24 h 不間斷高清視頻監(jiān)控，實現(xiàn)皮帶運輸系統(tǒng)起停車預警語音播報，實現(xiàn)與第三方系統(tǒng)的信號互聯(lián)。

2.3 集控系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

集控系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 集控系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

3 應(yīng)用效果

皮帶機集中控制系統(tǒng)投入使用后，具體效果如圖2所示。

圖2 主運輸系統(tǒng)電機功率及節(jié)約后耗電量

1）節(jié)約電能。主井皮帶機功率800 kW；運輸巷4部皮帶機功率450 kW；上倉皮帶機功率90 kW；給煤機功率11 kW。合計功率為800+450+90+11=1 351 kW，按每天節(jié)約開機時間1 h 計算，每天節(jié)約電量1 351 kW·h，每月節(jié)約電量40 530 kW·h；每年節(jié)約電量486 360 kW·h。

2）節(jié)約人員。主運輸系統(tǒng)線路原配備操作人員7人。經(jīng)過自動化改造后，7 名操作人員解放出來，現(xiàn)配備沿線巡邏人員2 名，調(diào)度室集控值班人員1 名，合計用人3 名，節(jié)約人員4 名。按照礦井員工平均收入12 萬元/年計算，節(jié)約人工費：12 萬元/（年·人）×4人=48 萬元。

4 結(jié)語

對某礦主運輸系統(tǒng)進行了集中控制節(jié)能降耗的升級改造，可實現(xiàn)一個地點集中和就地控制皮帶運輸機及給煤機等設(shè)備，實現(xiàn)一鍵啟停皮帶運輸機。改造后節(jié)約1 h，用電方面能節(jié)約480 360 kW·h，節(jié)約人工成本費48 萬元，該煤礦主運輸系統(tǒng)改造后便于值班人員及時調(diào)度和檢修，為主運輸系統(tǒng)的無人值守安全運行、穩(wěn)定運行提供了有力保障。