中國平煤神馬集團八礦煤樓自動化系統的分析與研究

任智慧

摘 要：地面儲裝運系統主要擔負著平煤股份八礦原煤運輸任務，由于該系統器件多，線路復雜，故障點多，運行不夠穩定，維護量大，成本高，缺少保護監測裝置，無傳感器，嚴重影響了生產效率；因此中國平煤神馬集團八礦煤樓為了方便了現場管理，提高生產率、減少設備故障率，減少崗位人數，投入使用了自動化系統。

關鍵詞：八礦；煤樓；自動化系統；傳感器；膠帶輸送機

一、概述

中國平煤神馬集團八礦煤樓儲裝運系統流程多、邏輯關系復雜。受當時技術水平的局限，這些設備的電機全部采用斷路器+接觸器+熱繼電器的直接啟動方式，皮帶機幾乎沒有狀態檢測元件，也沒有如拉繩開關一類急停元件；膠帶輸送機沒有任何保護裝置，全靠操作人員在現場監控設備運行情況，設備邏輯關系復雜，流程多，大部分設備不具備聯鎖功能，全靠操作人員依次操作，直接影響全礦生產運行。改造后的煤樓儲裝運DCS集散控制系統，事故影響時間和正常停機檢修時間大幅度下降，部分部件達到了免維護，提高輸煤系統運行效率，減少現場崗位人員。

二、自動化控制系統的硬、軟件設計

隨著煤礦綜采技術的發展，電氣控制設備向智能化、組合式方向發展。以可編程邏輯控制器PLC為核心，GCK低壓電器柜、皮帶各種傳感器、視頻監控通訊系統，設計了儲裝運系統自動化控制的總體方案，制定了膠帶輸送機各種傳感器及低壓電氣設備的信號處理保護功能。

（1）系統硬件設計。

儲裝運系統自動化控制是針對煤樓機械設備多，控制復雜，保護不完善等問題開發的綜合自動控制平臺。具備信號檢測、控制驅動裝置及直觀的人機界面，以實現對煤樓儲裝運系統的程序控制，并完成對儲裝運系統各種設備常見故障的保護功能。

（2）系統軟件設計。

系統軟件是自動化控制系統的神經中樞，此系統采用Siemens S7-400系列PLC專用編程軟件PCS7進行程序設計，該軟件功能強大、易于操作、可視性強、方便用戶調試與程序下載。

低壓配電系統是煤樓儲裝運系統自動化控制的重要終端，低壓配電柜系統基本內容包括：實時采集各部設備的電壓、電流、功率等和各斷路器的分、合狀態，在此基礎上實現系統的監視和控制；根據實時采集數據，進行各種模擬和計算，以決定安全和經濟運行方式。由此可見，保護測控裝置則是實現煤樓配電系統綜合自動化系統的關鍵。

三、現場傳感器設計、安裝及視頻系統

（1）現場傳感器設計。

礦用膠帶輸送機由于工作環境和條件的復雜，容易出現突發事故。平煤股份八礦就采用安裝傳感器裝置來及時發現皮帶在運行中出現的問題，現場安裝傳感器有：

①堆煤傳感器。用于檢測膠帶輸送機系統中的轉載點處煤流是否發生堵塞，堵塞時發出報警或停機信號，避免事故發生。②速度傳感器。本系統速度傳感器選用接觸式。③煙霧傳感器。煙霧傳感器是GQQ1本質安全型煙霧傳感器。用于對煤礦井下橡膠、煤塵等因摩擦起熱或其它原因產生的煙霧進行檢測。④溫度傳感器。用于膠帶輸送機輸送帶與滾筒發生故障產生高溫時的報警裝置。⑤跑偏傳感器。此傳感器能及時檢測出膠帶的跑偏情況，一級動作用于報警，二級動作用于停機。

（2）傳感器安裝。

機頭安裝：速度傳感器，檢測皮帶速度，以判斷是否打滑并報警、停機；堆煤傳感器，若出現堆煤現象，則皮帶報警或停機；滾筒溫度傳感器，若超溫，則報警或停機；煙霧傳感器，若煙霧傳感器動作，則自動打開灑水電磁閥灑水；皮帶撕裂傳感器，傳感器動作，則報警或停機。機頭、機尾安裝：跑偏開關，嚴重跑偏時停機。皮帶機沿線設置拉繩開關，出現緊急情況時，可人工拉動開關，緊急停機。傳感器連線每條皮帶敷設一根14芯的礦用阻燃電纜到皮帶機頭的防爆分線盒，再用兩芯或四芯的礦用阻燃電纜連接至各個不同的傳感器。

（3）視頻系統。

視頻監控在實現高產高效、集約化生產的環節上起著舉足輕重的作用。

煤樓工業電視監視監控系統由井下/地面攝像頭、視頻信號傳輸、監控中心集中監控管理以及遠程監控管理四部分組成。數字監控系統采用先進的網絡視頻服務器設備把視頻模擬圖像信號轉換成數字圖像信號，再通過計算機網絡傳輸，使圖像信息傳輸與計算機網絡系統達到無縫連接。通過工業以太網交換機與礦井的計算機網絡系統連接，構成數字監控網絡系統。

四、研究結論及使用效果分析

（一）創新點

（1）輸煤系統采用西門子DCS控制系統；（2）系統采用分布式結構；（3）通訊采用現場總線技術： PROFIBUS-DP總線技術；（4）皮帶具有七大保護功能；（5）電機綜合保護器集保護、測量、控制、通訊為一體，具有啟動超時、短路、過載、接地等多項保護功能。

（二）研究結論

本文通過煤樓儲裝運系統為研究對象，對其膠帶輸送機故障發生的原因和常見監測方法，電氣保護系統的控制功能要求、保護功能種類及動作特性做了深入研究，解決了關鍵問題：

（1）通過分析煤樓儲裝運系統各種故障原因，設計了DCS集散控制系統，采用冗余、現場總線、視頻通訊等先進技術，保證了自動控制系統可靠運行。（2）以PLC作為中央處理器單元，設計了合理的軟件、硬件及控制方式，能夠實現跑偏、打滑、堆煤等各種保護功能，保證儲裝運系統自動化控制的連續性及安全性。（3）對膠帶輸送機的各種故障，現場增加傳感器完善了各種保護，提高了保護系統的可靠性。（4）設計了操作方便的人機通道，提高了人機交互性，在工作中減少了查找和排除故障的時間，提高了工作效率。

（三）使用分析

系統采用多種現代化信息與自動化技術，系統投運使生產各環節的聯系得到加強，縮短原煤中轉周期，提高設備開機率。實現對現場41部設備就地/遠程、解鎖/聯鎖控制，遠程對預設的17種煤流自動控制。轉換出煤流程由原來40分鐘縮短至5分鐘，從而使系統運輸能力提高約11%。綜合自動化系統投運前，全礦月故障影響時間平均在40小時左右；投運后，月故障平均時間降為25小時，減少崗位人員37人，有效的提高了經濟效益，實現煤礦管理的科學性。

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