皮帶機集控系統在東懷煤礦的應用

朱贊祥 顏國勇

（百色百礦集團有限公司，廣西 百色 533000）

【摘 要】井下皮帶機的集中控制技術在礦井作業中的應用越來越廣泛。它把多項先進技術結合為一體，極大地提高了礦井作業的效率，保證了礦井作業質量，改善了作業環境，具有很高的社會效益和經濟效益。文章介紹了煤礦井下皮帶機控制系統的結構、功能及特點，分析了皮帶機集中控制系統的社會、經濟效益，探討了皮帶機的控制和使用。

【關鍵詞】皮帶機集控系統；東懷煤礦；應用

【中圖分類號】TD634.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）03-0105-04

0 引言

煤礦井下皮帶集控系統技術在實質上是對機械運轉進行安排、管理、保護的自動化操作系統。系統所采用的控制器可以用來編程，這種可編程控制器有很高的可靠性和靈活性。煤礦皮帶機的控制系統是可以實現不同結果的自動化控制系統。該系統所達到的最大目標是組建成可以完全將信息化存儲、系統監控、工作管理融為一體的新型自動化運行系統。煤礦井下皮帶機的集控改造是存在于一定環境下的，井下的工作動作比較辛苦，而且稍有不慎就會有安全隱患，因此如何對井下煤礦皮帶機集控技術進行完善是每個工作者都要突破的問題。現今，東懷煤礦已經實現皮帶機運輸系統現場崗位的無人值守和無人監控，這樣的技術應用無疑為井下煤炭作業安全系數的提高提供了有力保障。

1 概述

東懷煤礦皮帶運輸集控系統主要由8條皮帶機組成，分別為1#井的1#、2#、3#、4#皮帶機和2#井的2#、3#、4#、5#皮帶機，2013年12月25日投入使用，實現皮帶機在礦調度室遠程集中監控，結合已有的視頻系統，構成管控一體化監控系統，并充分考慮到遠、近期工程的銜接并預留通信接口，便于后期設備擴展。

2 工作原則

可靠性：控制系統設計與選型遵循技術先進、配置優化、性能可靠、經濟合理的原則，完全滿足現場工況環境的要求，以保證系統長期穩定運行為目標，采用先進PLC控制技術、成熟的設備和傳感器。控制網絡穩定、可靠，具有抗干擾措施。在控制網絡癱瘓時，具有應急生產的措施。

安全性：設備滿足最新版《煤礦安全規程》的要求，配置必要的保護傳感器，并設有啟動預告、故障報警電鈴。

控制系統滿足運行管理對自動化的要求，即運行生產過程中的各環節自動控制、監測和報警、自動保護、自動操作、自動調節，提高運行效率、降低運行成本，對系統的重要過程參數、設備狀態等進行計算機在線集中監測，對重要設備進行在線集散控制。

硬件的選擇配置符合IEC和GB有關標準，具有高性能、高標準，能滿足不斷升級換代的需要，而且易于擴展，操作維護簡便，配套系統軟件完整，整個系統有充分開發軟硬件設備的潛力，系統軟硬件具有開放的結構，以便今后系統進一步的擴展和開發。

操作性：既可在主站皮帶集控室也可在礦調度室“一鍵式”實現對整個運輸系統的運行控制和數據監測。既可集中控制，也可單臺設備就地控制。任何一臺輸煤設備的停止，將會導致后續輸送設備的停止。

3 系統特點

網絡系統：采用國際上最先進、開放、成熟的以太網，安全可靠，抗干擾能力強，成熟開放，可與任何其他網絡無縫組網。

控制核心：采用最先進的可編程控制器（PLC）作為控制核心，相比其他單片機系統，成熟可靠，廣泛應用于各種控制系統。

顯示裝置：采用最先進的觸摸屏集中顯示。

保護系統：配置完善的保護傳感器、跑偏傳感器、拉線開關、速度傳感器、溫度傳感器、堆煤傳感器、煙霧傳感器、縱撕傳感器、灑水電磁閥等。

監測：對電機電流、帶速、電機溫度、煤倉煤位、張力等參數進行全面監測。

報警系統：配置語音擴播電話，可實現全路的啟動語音預告、故障語音播報、沿線之間的語音通話。

操作：配置遠程上位機，鼠標實現“一鍵式”全屏顯示所有設備的運行狀態、故障狀態、實時參數、故障類型、故障時間等。直接控制閘電機，無需再配啟動器。

4 系統組成及功能

4.1 主站

現有的1#井2#皮帶操作臺作為主站，主站除了實現2#皮帶的就地控制及信息采集外，還能實現整個運輸系統的集中控制、集中操作、集中顯示。增設以太網通信模塊，與調度室上位計實現網絡傳輸，實現運輸系統在調度室的集中控制、集中操作、集中顯示。

4.1.1 主站工作方式

主站設有遠控、集控、就地、手動、閉鎖5種工作方式。

（1）遠控：本站作為集控系統的一個分站，接收來自調度室的控制指令，自動按程序開、停。本站控制指令被屏蔽，本站只可停車，回歸單機電控功能。

（2）集控：在4#控制室實現系統集控的工作方式，所有分站操作臺（箱）工作方式必須均在“集控”檔，并且設備沒有被禁啟和故障存在，才滿足系統進行集控運行的啟動條件。點擊啟動或停止按鈕，所有參與集控設備將遵循“逆（順）煤流起車、順煤流停車”的原則依次啟動和停止。

（3）就地：本操作臺只實現2#皮帶的就地自動控制。

（4）手動：當PLC出現故障時，轉為純繼電器系統，由操作臺上的對應按鈕實現所有設備開停。

（5）閉鎖：禁止啟動。

4.1.2 主站操作臺觸摸屏上主要顯示

（1）運輸系統主畫面：形象地顯示所有設備及搭接關系，動態地顯示每條皮帶的停止狀態、運行狀態、故障狀態（設備的運行、故障、停止狀態以不同顏色區分），形象、直觀、全面地反映運輸系統狀況，并可進入分畫面。

列表顯示所有皮帶機的電機電流、帶速等模擬量，設定和顯示每條皮帶的集控、就地和閉鎖工作方式；集控方式下的啟動、停止、緊急停止按鈕；故障排除后的復位按鈕。

（2）分畫面：每條皮帶監控畫面（單機電控操作臺畫面）。由主畫面點擊后進入每個分站皮帶機的分畫面，主要反映各個分站皮帶機的詳細運行狀態和運行參數，實時監測單機停止狀態、運行狀態、故障狀態、保護狀態、工作方式；電機電流、溫度、帶速、煤倉煤位；電流曲線、溫度曲線。

（3）通信狀態。此畫面反映系統的CC-Link總線通信狀況，通信中斷及出錯分站的指示。

（4）可根據用戶要求增加其他畫面。

4.1.3 主站操作方式

啟動：只有經過培訓的人，才可以進行控制操作。當主、分站的工作方式均置于集控方式，各種保護都處于正常狀態、膠帶機相關設備狀態滿足集中開機條件時，由主站操作臺實現集中啟停，操作員發出“啟動”指令后，運輸系統按“逆煤流”自動啟動[每條皮帶按啟動預告（時間可調）—松閘—自動張緊—張緊返回—分時（時間可調）啟動主電機]每條皮帶。

故障停車：運行過程中，若某條皮帶因故障停止，其后皮帶自動停止，其前皮帶繼續運行，若想停止其前皮帶按下停止按鈕，其前皮帶按“順煤流”自動停止，若故障皮帶已正常且置于集控方式，再按下啟動按鈕，則從故障皮帶開始自動啟動其后皮帶。

正常停止：按下停止按鈕，皮帶按“順煤流”延時（時間可調）停止每條皮帶。

緊急停止：按下緊急停止按鈕，所有皮帶立即停止。

若某分站不具備“集控”條件，可轉為單機就地方式，就地開、停皮帶，此時具有聯鎖和解鎖選擇，選擇聯鎖時仍具有前、后級閉鎖，選擇解鎖時不具有前、后級閉鎖功能。

4.2 分站

除主站以外的皮帶電控均定義為分站，分站由礦用隔爆兼本安型PLC控制箱和本安型操作箱組成，實現對應皮帶的就地控制及信息采集，控制核心選用三菱Q系列PLC，設置以太網通信接口，與主站實現網絡傳輸。

分站設有集控、就地、手動、閉鎖4種工作方式。

（1）集控：設備沒有被禁起和故障存在，具備集中控制條件，本站作為集控系統的一個分站，接收來自控制室的控制指令，自動按程序開、停。操作箱設“集控”指示燈，該燈亮，代表本站已被選擇集控，此時本站控制指令被屏蔽，本站只可停車。

（2）就地：當不具備或不允許集控時，選擇此方式，實現皮帶的就地自動控制。

（3）手動：當PLC出現故障時，轉為純繼電器系統，由操作箱上的對應按鈕實現所有設備的開停。

（4）閉鎖：禁止啟動。

4.3 上位監控系統

在集控室設一臺研華監控計算機，上位監控系統是運輸系統的監控中心，具有數據采集、顯示器畫面顯示、參數處理、事故報警、制表打印、PLC參數設置、控制邏輯修改、系統調試等功能。它能滿足運輸系統管理維護所需的報表制作。顯示器畫面能顯示系統的工藝流程及各種參數、控制方式、運行狀況、控制對象狀態等。當控制對象發生故障或狀態發生變化時，可以以不同顏色顯示。上位監控機只有核對密碼后，才能進入PLC編程功能，無需另設編程器。上位監控機采用先進可靠的進口工控產品，具有抗干擾、防輻射能力。中央處理器采用進口的芯片；顯示器采用22英寸液晶屏幕，用鼠標完成所有的操作，完成運輸系統的啟動、正常停止、緊急停止操作，實現運輸自動化。

4.3.1 顯示畫面

（1）運輸系統整個動態畫面（每條皮帶的停止狀態、運行狀態、故障狀態、每條皮帶的工作方式、電機電流、帶速及給煤機等工作狀態）形象、直觀、全面地反映生產狀況。實時監測數據均可存貯于生產實時數據歷史數據庫中，可實現歷史回顯，歷史趨勢分析，以便進行綜合分析。

（2）每條皮帶監控畫面（單機電控操作臺畫面）。

（3）各種事故追憶畫面，報表可在硬盤中保存1年，實時模擬量數據和警告可保存7天。

（4）各種根據實時及統計分析數據制作的生產、計劃報表。

（5）根據用戶要求增加其他畫面。

4.3.2 上位機控制功能

集中控制系統有2種操作方式，即調度室集中操作和現場集中操作方式。調度室集中操作方式是本系統的主要操作方式，現場單機就地操作方式主要用于設備的調試和維護。

4.3.2.1 工藝流程選擇

啟動前，操作員應先選擇工藝流程，根據現場運輸機布置情況，設置以下3種工藝流程。流程1：1#井的1#、2#、3#、4#、5#皮帶機運行；流程2：1#井的1#、2#和2#井的2#、3#、4#、5#皮帶機運行；流程3：1#井的1#、2#、3#、4#、5#皮帶機和2#井2#、3#、4#、5#皮帶機均運行。

4.3.2.2 調度室操作方式

調度室操作方式可分為集中手動及集中自動2種。

（1）集中手動方式：通過計算機鼠標器，結合工控機彩顯，實現對單臺設備的啟停控制。

（2）集中自動方式：通過計算機鼠標器，結合工控機彩顯，由程控系統根據所選流程“逆煤流”依次自動啟動各設備。停機時，程控系統按流程‘順煤流依次自動延遲停止各設備，保證設備停止時無剩余煤。

4.3.2.3 控制功能

（1）啟動：上位機顯示每臺設備的工作方式，當每臺設備的工作方式均置于集控方式時，可以進行集中控制，此時經授權的操作人員可以啟動設備，啟動指令發出后，運輸系統按“逆煤流”自動啟動[每條皮帶按啟動預告—松閘—分時啟動主電機—軟啟動（若有）自動順序啟動]，若某條皮帶因故障停止，其后皮帶自動停止，其前皮帶繼續運行，若想停止其前皮帶按下停止按鈕即可，若故障皮帶已正常且置于集控方式，再按下啟動按鈕，則從故障皮帶開始自動啟動其后皮帶。

（3）正常停止功能：在作業完成后，停止該作業流程。停止順序為“順煤流”方向延時停止各設備，停車時間可以設定。

（3）故障停車功能：當現場的保護裝置動作以后，故障設備以及下游設備立即停止運行，其上游設備經延時，待煤流排清以后依次停止運行。

（4）緊急停車功能：出現緊急情況，按下緊急停止按鈕，所有設備立即停止運行。

（5）預告和禁啟功能：系統具有起車預告和靈活的禁啟功能。現場設備在啟動過程中，系統自動通過電話發出預告信息。當現場不具備啟動條件時，由崗位操作人員通過就近的任意就地控制箱發出禁啟信號，系統將取消或暫停啟車流程。待查明原因，排除故障后可重新或繼續啟車。禁起信號的產生很方便，僅需將就地控制臺（箱）的轉換開關從集控方式打到就地方式。

（6）故障報警功能：系統具有完善的事故報警功能。當事故發生時，語音報警系統發出語音信號。同時，顯示器屏幕顯示故障區域流程圖，事故設備圖形變色，屏幕上方用漢字顯示故障性質及發生時間，并自動啟動打印機記錄，打印故障內容及發生時間。

5 運行狀況

在東懷煤礦開采中，皮帶集中控制系統（簡稱集中控制系統）的應用具有重大意義。具體來講，它的作用主要表現在以下幾個方面。

5.1 實現了膠帶運輸機集中控制的自動化

集中控制系統中地面上的監控主機不僅實現了可視化功能，而且可以對皮帶機的生產管理和事故處理報表進行打印，在很大程度上提高了皮帶機控制的自動化水平。

5.2 提高了皮帶機的管理效率

在日常工作中，操作人員可以利用集中控制系統對皮帶機的啟動和停止等進行操控，更加方便快捷。并且，在皮帶機工作中，集中控制系統可以清楚顯示電壓、電流、煤倉、速度、堆煤保護、跑偏保護、煙霧保護等多種功能，方便了工作人員對皮帶機的管理，有利于提高皮帶機的工作效率。

5.3 方便皮帶機的檢修工作

在皮帶機運行過程中，集中控制系統的應用還有利于工作人員對皮帶機的維修。具體來講，首先，集中控制系統中詳細顯示了皮帶機的運行速度、開停時間、運行時間及主要保護等，當皮帶機出現故障的時候，我們可以依據這些相關信息對其進行維修。其次，由于皮帶機中設置有傳感器、智能I/O等裝置，當井下的皮帶機出現問題的時候，集中控制系統可以實現自動語音報警功能，以便我們及時停止皮帶機的運轉，并采取相應的處理措施。由此可見，集中控制系統也可以為皮帶機的維修提供良好的條件。

6 經濟效益

經濟效益主要是減少人員的工資和減少開空機時間所節約的電費。

6.1 人員工資

除主控室（1#井2號皮帶機）人員不變以外，其他1#井的1#、3#、4#皮帶機和2#井的2#、3#、4#、5#皮帶機人員由原來的4人減少到1人，人員減少了21人，工資按4 500元/月計算，使用到現在共節省工資179.55萬元。

6.2 空機節省電費的金額

投入集控以來，每天開機時間減少0.5 h，現在已使用了560 d，每個小時開空機的耗電量為660 kW·h，電費按0.7元/ kW·h計算，共節約電費12.9萬元。

投入集控以來，節省人員工資和電費共計192.45萬元。

7 結論

經過實踐證明，皮帶機集中控制系統在東懷煤礦的應用效果良好，可以提高系統的安全性、可靠性和工作效率，減少操作和維護人員，并為生產和調度管理提供方便，同時也降低了電耗、減少設備磨損、有效地保證安全生產的需要，具有很好的推廣和使用價值。

參 考 文 獻

[1]李碾峰，楊光.煤礦井下皮帶機集控改造及應用探析[J].中國高新技術企業，2013（32）.

[2]上海建煤自動化有限公司.東懷煤礦主運帶式輸送機集控系統設計[Z].2012.

[3]廣西工業設計院.東懷煤礦礦井設計說明書[Z].2013.

[責任編輯：陳澤琦]