煤礦礦井皮帶自動化改造設計與實踐

黃傳升+倪峰平

摘 要：礦井自動化生產系統解決煤炭生產與輔助生產系統的自動控制，能夠實現在地面調度中心監測一線生產工藝數據及設備運行狀態，為礦井安全生產提供設備保障；能夠實現遠程控制，減少危險場所投入人員，增強礦井安全生產能力。

關鍵詞：自動化； 無人值守； 撤人； 集控環網監測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.077

1 概述

1.1 現場概況

王樓煤礦井下原煤運輸系統分為北翼主運系統、三采區主運系統、二采區主運系統和七采區主運系統。其中北翼、二采區和七采區運輸系統為接力運輸。三釆皮帶擔負著三釆區原煤運輸及分倉任務，同時擔負著三釆矸石運輸分裝。北翼皮帶配有配倉運輸皮帶，為主井1號和2號倉分倉所用，同時擔負著二釆區及七釆區原煤運輸任務。二釆皮帶擔負著二釆區原煤運輸以及七釆區原煤中轉，同時擔負著七釆矸石運輸分裝（由二采機頭矸石皮帶分運）；七釆主要為七釆區原煤運輸服務，設配倉皮帶一條用于原煤及矸石分倉。系統中七釆中轉煤倉兩個，矸石倉一個；二釆區中轉煤倉一個，矸石倉一個；主井提升煤倉兩個，副井提升煤倉一個，三釆矸石倉一個。

1.2 設計方案現場調研

經過對井下膠帶機集控現場調研現場情況匯總如下：

（1）井下四條強力皮帶分別為三采、北翼、二采、七采皮帶，現已有單機控制系統，為天津華寧所做。四條皮帶單機控制系統運行正常，機尾給煤機沒有接入單控系統，系統沒有接入井下環網，控制主機具備有RS-232通訊接口。

（2）剩余的其他設備包括：三采配倉皮帶、北翼配倉皮帶、北翼機尾破碎系統、矸石皮帶、七采配倉皮帶等也需接入集控改造系統。

（3）現用的煤倉煤位計未納入控制系統中，煤位計共需要安設9臺，已經安設5臺（常州三恒4臺超聲波物位儀，濟寧華瑞1臺雷達物位儀），需增補4臺物位儀。

（4）攝像儀：井下煤流系統中現僅安裝了2臺模擬攝像儀，遠遠達不到地面集控要求，根據現場計算需在關鍵位置安裝19臺礦用彩色高清網絡攝像儀。

（5）附屬設備：2臺氣動翻板非電動需自行改動后方可接入；1臺電動分矸器、七采轉載皮帶預留點及接口，現場所有翻煤板都需要改造成電動控制用于接入系統。

（6）井下環網，用的是天地常州KJJ31環網接入器，內置MOXA百兆光電口，井下百兆網絡已嚴重制約了各子系統的通訊傳輸，特別是井下防爆攝像儀的應用及傳輸，影響整個礦井自動化水平；需要進行礦井環網系統升級改造。

2 系統性能及特點

2.1 系統功能

（1）地面集控室全面控制整個煤流系統設備，包括皮帶、給煤機、破碎系統及其他附屬設備。

（2）地面集控室系統建設語音通訊系統，井下皮帶沿線實時通話、打點、故障及啟停預警等。并與集控室語音通信系統主機連接，實現井上井下實時語音傳輸。

（3）地面集控室將可實時觀察整個井下煤流系統關鍵位置的視頻信號并存儲，全面了解井下煤流系統中關鍵點設備的運行狀況。

（4）地面集控室上位機可直觀地顯示各被控設備的工作狀態及運行參數，系統設備的工作狀態，顯示功能豐富。

（5）完善的操作記錄和事件記錄功能。

（6）系統具有完善的設備故障自診斷功能。

（7）井下集控點操作臺具有集控啟停整個煤流系統設備的功能。

（8）井下集控點具有視頻煤系統流關鍵位置視頻顯示及存儲功能。

（9）井下集控點具有15英寸彩色防爆兼本安型顯示屏，直觀顯示各被控設備的工作狀態及運行參數。

2.2 系統特點

2.2.1集控方案采用“調度室上位機+主集控臺

（中央煤倉）+副集控臺（各地點機頭）+分布式子站”的網絡結構，系統采用工業總線技術（PROFIBUS）和光纖通訊介質，實現與各控制設備及綜保等組成分布式集成控制系統。其中主集控臺負責整個系統的監測與控制及中央煤倉運輸系統子站、給煤機監測與控制；副集控臺運輸系統子站的監測與控制。通信網絡系統數據傳輸采用PROFIBUS現場總線技術，傳輸介質為光纖，負責各分站與主副站、主副站之間、主副站與上位機間的通信，將現場設備采集到的信息以及程序的內部的信息傳送到地面上位機管理系統，同時也可將上位機系統發出的控制指令傳送到控制器。

井下視頻系統以光纖為傳輸介質，采用點對點方式把井下視頻信號傳送至主控室和地面調度室，通過視頻技術和圖像處理技術實現實時監視。

2.3 系統特點

（1）設備前期改造依托天津華寧皮帶主控系統將現場設備參數調用，用于前期改造設備井上集中控制；后期采用國際知名廠商西門子主流S7-300系列PLC作為控制站，系統控制性能高，可根據現場需求靈活控制CST、偶合器、變頻器等多種驅動設備；兩套系統互相補充充分發揮集中控制改造有時。

（2）人機交互性能友好。井下集控點配置了防爆液晶顯示器，可圖文顯示工況信息；配置了多個控制按鈕，實現設備單點調試。確保現場人員安全。

（3）膠帶機控制系統實現多條膠帶機或設備的集中控制和監測，可靠性高、維護量少。

（4）系統通訊構架采用以太網通訊方式，具備以太網光口及網口。避免使用多種通訊互轉，減少故障點，增強系統穩定性。

（5）井上井下實時語音通訊功能，為系統遠程操作的安全性提供了有力保障。

（6）視頻存儲功能，在井上集控室井下集控點都具備煤流關鍵位置的視頻實時圖像及視頻存儲功能，實時了解設備的運行狀況，保證了設備運行中的安全性。

（7）工業以太網技術：具有豐富的組網集控功能，方便地接入全礦井的綜合自動化系統。

3 實施后效益分析

（1）提高了安全性。主要生產環節具有話音通信、視頻監視；實現自動化運行，大大提高系統運行的安全性。

（2）提高了生產效率。自動化系統實施使各系統逐步轉換為集中控制，通過對系統整體調度，提升了系統運行效率。

（3）實現了節能降耗。自動化運行，減少設備空轉時間，提高設備開機率，實現了節能降耗。

（4）實現了減人提效。通過自動化系統的運行可以對部分崗位進行減崗或并崗。系統改造完成后，一條皮帶設一名巡檢工，用于應急控制。所有的控制逐步由匯聚點集中控制到地面集中控制轉變。根據王樓礦實際計劃，一條皮帶可減下2-3人，減下人員可調整到其他崗位。