陽煤一礦井下全煤流皮帶集控研究與應用

高 勝

（陽泉煤業（集團）有限責任公司一礦， 山西 陽泉 045008）

引言

陽煤一礦始建于1953年，1956年7月21日正式建成投產，設計生產能力為2.40 Mt/年，自投產以來，經過不斷擴建改造，生產能力逐漸提高。2015年5月山西省煤炭工業廳以〔2015〕第430號公告文件對陽煤一礦生產能力等相關生產要素信息進行變更登記和建檔，核定陽煤一礦生產能力為7.5 Mt/年。按照2016年5月國家煤礦安全監察局、國家發展和改革委員會、國家能源局聯合發布公告（2016年第1號），陽煤一礦公告生產能力為6.30 Mt/年。

該礦采用主斜井強力皮帶機進行煤炭運輸，井下全部實現皮帶機連續運輸，北翼安裝七部皮帶輸送機實現井下煤炭運輸至地面。由于皮帶機數量多、用電設備功率大、電壓高、對電網沖擊大、對電控系統的電磁干擾大，因此設計運行高效率、安全可靠、高技術水平的皮帶機控制系統是皮帶機控制設計的一項重要工程。

1 皮帶機運輸現狀及改造必要性

陽煤一礦井下原煤運輸方式為皮帶運輸機，2015年新安裝北冀第四、五、六條皮帶機，這3條皮帶機已實現集中控制方式，但第六部皮帶機的給煤機及后續的第七部皮帶機仍由工人井下就地操作，各皮帶機的運行數據只作為就地控制系統自身用，形成信息孤島，無法將參數進行上傳與現有的監控檢測系統并網，達到集中控制和顯示的目的。

進一步完善第四、五、六部皮帶機的驅動設備的故障檢測與預警裝置，將第六部機尾的給煤機、第七部皮帶機及所屬給煤機納入集中控制系統，并可將所有設備的運行數據信息接入工業以太環網，達到集中控制和顯示的目的。

2 改造目標

在原北冀原皮帶機控制系統的基礎上可無縫接入第六部機尾給煤機、第七部皮帶機及其機尾的給煤機等設備，在四部機頭的集中控制顯示屏上可監測、監控新增設備的所有狀態信息。系統建成后要具備在四部皮帶機機頭及地面集中控制室集中監測監控接入的所有設備的功能，同時所有設備具備聯鎖功能。皮帶機集中控制系統，見圖1。

圖1 皮帶機集中控制系統

3 改造內容

根據該礦現場情況，結合本集控系統的特點，組態硬件如下：

1）四部機頭主站不作變更，仍是整個控制系統的控制核心，用于集中控制所有皮帶機、給煤機，承擔著與其他皮帶機機頭設置的從站通信以及與地面PC上位機系統數據交換。

2）在第七部皮帶機的機頭部位置增加1臺KXJ1140（660）礦用隔爆兼本安質全型可編程控制箱以及配套的TH18本安型操作箱、本安人機界面。本站是七部皮帶的控制核心，是整套系統的從站，承擔著與主站通信（包括用于控制給煤機的下位機），而且對皮帶機實現直接控制及保護，擁有工業以太網、profibus、Modbus等通信接口。

3）在第六部機尾和第七部機尾設置礦用電氣控制箱，作為對應機頭控制箱的從站，用于監測監控給煤機。

4）在第四部及第七部皮帶機機頭煤倉安裝雷達位計，用監測煤倉內煤的高度，當煤倉內的煤達到設定高度時可按照預設要求進行預警或停車。

5）對第四、五、六、七部皮帶機機頭增設一氧化碳傳感器，同時接入原控制系統，當一氧化碳濃度超過預設值時進行預警或停車。

6）對第七部皮帶機沿線增設采用帶U形銷的電纜可快速連接拉線急停、擴音電話、撕裂傳感器、跑偏、視頻攝像頭等傳感器。

4 關鍵技術

本系統中使用了三層工業總線：底層PLC設備控制層、區域控制層和上層管理與遠程網絡監控層。一礦北翼皮帶連接網絡示意圖，見圖2。

圖2 一礦北翼皮帶連接網絡示意圖

底層PLC設備控制層在硬件設計上，分站選取西門子的S7-300可編程控制器，對其擴展CP341模塊采用485-MODBUS通訊總線實現對拉線急停、跑偏保護、縱撕保護的數據采集，同時擴展模擬量與開關量模塊用于采集機頭各傳感器的保護信息及對現場設備的控制。軟件設計上，形成了皮帶機的啟停控制和故障檢測控制，故障檢測程序通過對故障信號的檢測實現故障停機保護。區域控制層是各皮帶機頭放置的KXJ1140可編程序控制箱內選用S7-300PLC加以太網模塊CP343-1進行以太網通訊，組建PROFITBUS-S7總線網絡。上層管理與遠程網絡監控層采用工業以太網組網實現數據與上層組態軟件的傳送，從而實現對皮帶機電控系統的監視與控制。

5 改造效果分析

通過對北翼皮帶機集中控制系統改造，實現了井下多部皮帶輸送機的集中監控，通過先進的控制系統和監控系統，對皮帶機的運行和保護提供了可靠的監測手段。該系統具有先進性、安全性、可靠性的特點。為多部設備、連續運輸和現代化監控提供了條件，為礦井建設現代化、自動化高效運輸系統提供了裝備，具體分析如下：

1）將系統結合現代化的控制和保護系統，通過PLC控制系統、計算機網絡通信技術和監控系統結合，實現對皮帶機的集中控制。在第一部皮帶機控制點能實現對第四、五、六、七部皮帶機及所屬給煤機的運行狀態信息傳輸和集中監測監控。具有在線監測、分析及完善的保護和報警功能。

2）該系統運行以來，體現了可靠性和智能化的特點，整套系統操作維護簡單，節能效果好，運行穩定。每年高質量監控運行時間超過360 d。

3）該系統的運行結束了人員機械化的控制皮帶方式，實現了信息化、自動化集中控制監測，對多部皮帶輸送機的規范化操作和管理提供了條件，同時也為減人提效和現代化礦井建設提供了保障。