礦區煤炭機械化采制樣系統集中控制及管理系統的設計與實現

胡志偉,趙忠輝

(1.煤炭科學技術研究院有限公司 檢測分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室， 北京 100013)

神東礦區現有在用膠帶中部煤炭機械化采制樣系統已達11套，系統分別單獨控制，由此造成不必要的勞動力浪費及增加人工成本，且不利于統一掌握現場設備作業狀態與開展生產管理。

集中控制、管理系統的設置可實現對礦區現有膠帶中部采樣運行的集中控制、關鍵設備及核心工作區的實時監控，通過實時語音對講系統來實現現場人員調度。由煤炭機械化采樣相關研究[1-23]可知，通過軟硬件設計實現將監測、控制、調度指揮功能的有機集成，真正形成“生產集中控制及調度指揮中心”，體現現代化煤炭檢測對信息化的要求。

1 系統設計

1.1 集中控制

設置機械化采制樣系統集中控制室，實現大柳塔4套、布爾臺3套以及上灣、哈拉溝、石圪臺、榆家梁共計11套機械化采制樣系統的集中控制，并預留控制接口及設備冗余，為后續其他化驗室采制樣系統的接入提供硬件條件。

集中控制室操作人員可根據車次、煤種等實時信息對對應機械化采制樣系統進行操作控制。采制樣操作連續進行，直至所需批量完成或操作人員停止系統作業為止。采樣器停止，系統將自行清除采樣器內的物料。監控主界面包含動態顯示區、采樣方式和流程選擇區、原始數據錄入對話框、報警彈出窗口、歷史數據查詢區、手動操作區、電路狀態查詢區、設備測試操作區，包含操作、顯示和報表打印等功能。在計算機終端，錄入礦種、車次、噸位、批量等信息，軟件根據錄入信息和預置數據庫自主生成計劃采樣數、采樣間隔等流程控制參數，由程控軟件控制選定的單元設備執行采樣流程；發生故障，發出聲光報警和文字提示信息，統計事故地點、級別并歸檔[1]。

煤炭膠帶中部采制樣系統(上灣)監控界面如圖1所示。

圖1 煤炭膠帶中部采制樣系統(上灣)監控界面

監控主界面能夠給實時顯示每套機械化采制樣系統的關鍵信息:采樣周期、采樣次數、系統運行狀態、主膠帶運行狀態等。主輸煤膠帶開始運行后，控制系統會通過聲光提示操作人員對信息進行確認，提醒操作人員將對應取制樣系統啟動運行，裝車完成主輸煤膠帶停止運行后延時2 min后，取制樣系統隨之停止運行。煤炭膠帶中部采制樣集中控制系統監控主界面如圖2所示。

圖2 煤炭膠帶中部采制樣集中控制系統監控主界面

1.2 視頻監控

集中控制室內設置視頻監控系統，實現現有11套膠帶采制樣系統的關鍵設備及核心工作區域的實時監控。視頻監控系統主要用于煤炭采制樣系統中作業過程的監視，能夠實時了解系統運行情況，尤其可了解關鍵設備的運轉情況，即該監控系統可起到很好的故障預警和設備保護的作用，有利于生產管理及提高系統運行的穩定性和可靠性。

視頻監控系統可實時、直觀地監控煤炭采制樣系統的運行情況，通過與采制樣系統上位機運行監控界面的配合使用，能夠實現對采制樣系統的實時監控和集中控制；如發現異常情況，控制室操作人員可及時調動相關人員親臨現場解決問題，將損失降至最小，因而視頻監控系統對指揮采制樣現場工作具有十分重要的意義[2]。

1.3 生產調度

通過監控界面顯示的系統作業信息及視頻監控實時傳輸現場畫面，同時通過語音調度系統對現場工作人員實現合理調配。控制室內設置指揮調度中心，控制室操作人員可通過調度指揮中心實現與對應化驗室工作人員的通話。可通過語音廣播實現對所有化驗室的應急廣播，或連接專業廣播系統，提醒相關人員按照預案進行處理,可有效提高員工處理突發事件的能力，避免因慌亂而造成更大的損失。

2 功能實現

2.1 項目內容

2.1.1總體網絡建設

總體網絡采用統一的傳輸網絡平臺，解決傳統監控系統的傳輸速率低、傳輸協議各異、各子系統獨立組網及多異構子系統并存等問題。

2.1.2生產調度指揮控制中心的建設

(1)硬件基礎:調度指揮控制中心計算機平臺及網絡的構建；工業電視及大屏幕顯示系統建設；生產指揮語音調度指揮系統的建設。

(2)軟件設計:采制樣集成控制軟件的設計研發；視頻監控及語音通訊系統軟件集成；采制樣系統設備信息數據庫服務器的數據備份[3]。

(3)通過軟硬件設計實現將監測、控制、調度指揮功能有機地集成在一起，真正形成“生產集中控制及調度指揮中心”，體現現代化煤礦對信息化的要求。

2.2 集中控制

2.2.1總體要求

將礦區現有11套膠帶中部采樣系統進行集中控制，控制室設在公司辦公樓內。相應的上位機操作系統、工業電視監控系統統一安裝在裝船采制樣控制室，控制室內空間布局要合理。

2.2.2現場通信

選用高質量交換機、光纖、光電轉換器等設備進行通信，確保系統控制信號延遲小于50ms，確保工業電視監控系統延遲不高于500ms[4]。

2.2.3上位機界面

對于集中控制后的共11套機械化采樣控制界面進行設計研發，確保控制界面一致。在上位機增加一級主界面，主界面要求顯示11套機采設備相關信息，主要包括:①設備運行情況，是否正在作業；②采樣周期、切割器運行周期；③子樣數、子樣重量；④對應主輸煤膠帶的運行情況。

2.3 視頻監控

2.3.1方案設計

為保證控制室操作員及時準確和全面地了解現場的作業情況，設置工業電視監視裝置。視頻監控系統的配置方式按照“全數字”方案設計，其主控設備為視頻服務器，網絡設備組成獨立局域網，系統實現圖像信號的數字化傳輸、硬盤錄像等。所有視頻信號均直接輸入視頻服務器，視頻服務器將視頻信號轉換為計算機網絡信號傳輸至數字矩陣，通過數字矩陣對視頻信號進行整理輸出。

2.3.2設備選型

每套采制樣系統須分別在主膠帶、初采器、給料機、縮分器、樣品收集處等關鍵設備上安裝紅外線攝像頭，以監視設備內部運行狀況及系統內料流情況。

采制樣核心工作場所每層需安裝紅外攝像機以實現360度全覆蓋，圖象信號接入ITV監控站。制樣塔及控制外圍安裝360度云臺攝像機，用于觀察工作場所人員進出情況。

ITV監控站:高分辨率60英寸壁掛式液晶彩顯；監控站能實現矩陣、畫面分割、控制、硬盤數字錄像(至少記錄30 d可自動覆蓋的圖象信息)及回放等功能一體化。

2.3.3使用權限

此監控系統搭建完成后，其管理部門領導可通過任何一臺在網的電腦對每個環節的監控視頻、每一路視頻圖像控制及現場聲音監聽進行實時查看。根據平臺設置的多級別訪問權限，化驗室領導可隨時監看自己所管轄區域的視頻圖像，而公司領導是最高權限者，其可監控所有在網視頻圖像。

2.4 生產調度

生產調度即為指令通訊系統，該系統具有廣播、呼叫和通話功能，將進行作業流程預告、廣播呼叫及電話調度通信，以輔助控制系統對生產作業實行控制。系統設備由主機、指令端和揚聲器組成，其主機安裝在公司中央控制室。指令端分桌機和壁掛2種，在中央控制室等處設置桌式指令端局；在采制樣作業現場設置壁掛式指令端局，作業現場設置揚聲器。集中控制室現場布置如圖3所示。

圖3 集中控制室現場布置圖

3 創新點

(1)從軟硬件配置、網絡結構、數據結構及地理位置上實現了現有膠帶中部機械化采樣機系統運行的監測、控制、調度指揮功能和數據、語音、視頻信息的有機集成，形成了比較完整的“生產集中控制及調度指揮中心”。

(2)研制的軟件和硬件解決了不同的取制樣控制系統中不同傳輸協議與工業總線的接入問題。

(3)系統除采用冗余環形網、多終端互備之處，在數據服務器、磁盤陣列、操作系統、數據庫軟件及組態軟件等方面均具備兼容性，建立合理的軟件體系及保證系統的高可靠性，為下一步新的采樣系統的并入提供了必要條件。

(4)膠帶中部機械化取制樣集中控制系統能夠很大程度提升煤炭機械化采制樣的效率，提高煤炭采制樣系統的科學化、現代化，減少操作人員配置數量，增強其工作安全性。