某礦井主運輸皮帶機系統優化方案設計

李 楠

(霍州煤電集團呂臨能化公司， 山西 呂梁 033200)

1 前言

某礦井運輸巷安裝主運輸皮帶機1部，型號為STJ- 1000/2×110，運輸能力為630t/h，電機功率2×110kW(雙機)，貯帶長度≥50m，與鏈板機搭接長度≥12m，工作電壓1 140V，傳動滾筒直徑630mm，改向滾筒直徑400mm，輸送距離1 120m，帶速2.5m/s，張緊絞車型號為KHU09- 1140/660V。

該主運輸皮帶機集控系統，于2008年3月年進行“順煤流”簡易開車改造，因初期集控程序設計不完善，經過多年的使用部分傳感器設備陳舊老化，經常造成中途停車，影響運行,浪費電能，同時皮帶機啟動打點信號采用傳統聲光電鈴，而且只在皮帶機機頭處安裝，未安裝啟車語音報警和沿線語音通信裝置，當地面操作開車時，位于皮帶機中部作業人員如不能聽到皮帶機啟動電鈴信號，皮帶機突然啟動會危害人身安全。因此，對主運輸皮帶機優化升級改造十分必要。

2 “順煤流”關鍵技術及技術方案

1)關鍵技術

(1)對該系統“順煤流”程序重新設計優化，采取PLC時間繼電器和堆煤感應信號雙重控制系統。

(2)改變中央皮帶機PLC與東西翼皮帶機PLC閉鎖軟繼電器程序，變開關量式為脈沖數據式。

2)技術方案

(1)優化皮帶機集控系統西門子STEP75.0控制軟件，上位機、下位機PLC軟件操作程序，改變中央皮帶機PLC與東西翼皮帶機PLC閉鎖軟繼電器程序，變開關量式為脈沖數據式，檢測前臺、后臺皮帶機開停狀態，準確判定前后臺皮帶機因掉電或故障停車，確保系統安全運行。

(2)為保證系統穩定以及應急故障處理，增加了部分配件。增加防爆兼本安型不間斷穩壓電源4臺、中央控制處理器CPU、開關量、模擬量模塊、傳感器等。

3 啟動預警關鍵技術及技術方案

1)關鍵技術

(1)將PLC控制系統、語音預警通信系統結合，實現皮帶啟車語音報警。

(2)實現皮帶沿線擴播、打點、通話功能。

圖1 皮帶機集中控制系統優化后操作界面圖

2)設計原則

(1)高可靠性：穩定可靠運行是系統建設目標的關鍵，保證在系統設計中選用高可靠性的產品設備，充分考慮冗余、容錯能力，同時合理設計系統架構，最大限度地支持系統的可靠運行[1]。

(2)安全性：煤炭系統作為國家的基礎能源系統，設計中必須考慮防止內部及外部非法訪問的措施，保證系統數據的安全傳輸。因此需要制訂統一的系統安全策略，整體考慮系統的安全性[2-3]。

(3)網絡可擴展性：根據未來業務的增長和變化，系統可以平滑地擴充和升級，最大程度地減少對網絡架構和現有設備的調整。

3)技術方案

(1)本次系統實施包括7部皮帶機，在皮帶沿線安裝擴播話機，實現各部皮帶機沿線的啟動預警及通話打點功能，為巷道中人員的通信通暢及人身安全提供保障。

(2)系統設計在皮帶機頭安裝高級話機，并將PLC預警輸出接入高級話機語音觸發點,或人為手動觸發報警點實現皮帶啟車預警。

(3)皮帶沿線設置普通話機，按200m左右均勻布置，如有特殊位置要求可根據需求做適當調整。

4 實施過程

經過優化設計施工，對中央皮帶機、東膠一部皮帶機、東膠二部皮帶機、東膠三部皮帶機、西膠一部皮帶機、西膠二部皮帶機、二采區運輸石門皮帶機7條皮帶機實現“順煤流”啟停功能，優化后的操作界面如圖1所示。

(1)“順煤流”開車：在連續轉載運輸煤炭(矸石)時，前部皮帶機靜態等待，其啟動時間根據后部皮帶機的長度和運行速度確定，當煤流到后部機尾處，通過PLC時間繼電器控制，使前部皮帶機自動啟動，實現連續轉載功能。本次優化設計采取PLC時間繼電器和堆煤感應信號雙重控制系統，保證系統的可靠性、穩定性，確保安全運行[4-5]。

(2)故障判斷及聯鎖保護：“順煤流”開車中，前部皮帶機能否正常啟動及聯鎖保護投入時間的確定是技術關鍵。檢測取樣前部皮帶機啟動信號，反饋給PLC來判斷是否停止后部皮帶機。若前部皮帶機因故障沒有正常啟動，后部皮帶機“智能”判斷并自動停車，同時給出報警信息，由檢修人員及時處理。聯鎖保護的投入時間根據煤流到后部機頭的時間而確定，由PLC時間繼電器和傳感器發出信號共同判定，實現轉載中的聯鎖保護功能。

(3)煤位閉鎖避免重載起車：緩沖倉接近滿倉時，采集雷達式料位計測量數據和堆煤傳感器給出高煤位信息，PLC執行“由里到外”的停車程序延時停機，避免因滿倉引起皮帶機重載啟動，降低機電事故，確保空載啟動。

5 主運輸皮帶機啟動預警優勢

(1)整合現有資源，節省投資。本系統可將擴播電話、小靈通、Wi-Fi手機、調度電話、井下廣播系統等不同的系統進行有效整合，充分利用現有的資源，節省投資，并可實現向下一代全數字應急通信廣播系統的平滑過渡。

(2)系統采用基于VOIP的新一代語音通信技術構建，充分利用礦區的工業以太環網資源。靈活高效的層次結構設計，可大大減少線路敷設帶來的工程難度和建設成本，有效控制系統建設成本和施工周期，并為系統后期維護和結構拓展帶來便利。

(3)擴展和定制。系統終端通信采用標準的以太網協議實現，數字擴播電話采用標準的RS485信號。數字電話的優點就是具有很強的擴展性，并預留大量接口用于其他子系統的接入和系統功能擴展。

(4)綜合救援指揮呼叫中心軟件具有靈活的架構，預留各類接口，可根據用戶的不同需求進行定制開發。

(5)系統聯動。系統預留各類型接口，可實現各類型監測監控、安全保障及應急通信系統的接入，提供強大高效的系統聯動功能。

6 結論

通過改造“順煤流”開車程序，系統運行更加穩定，減少了皮帶機空載運轉時間，節約了大量電能，同時減少了皮帶機磨損，保證了皮帶機的安全運行。啟車預警及沿線通信裝置的安裝使用，完善了皮帶機遠程監控系統，為礦井安全高效生產提供了可靠保障，節約了事故處理及救險響應時間，而且可以提高人員生產效率，具有推廣應用價值。