南屯煤礦主皮帶集控系統升級設計

程善鵬

摘 要：皮帶運輸是煤礦安全生產的重要環節，皮帶運輸效率直接影響全礦的生產效益。一套安全、穩定的主煤流自動化控制系統不僅能夠減少安全生產的隱患，而且能夠提高生產效率。

關鍵詞：集控;工業以太網;光纖傳輸;視頻監控

中圖分類號：TD67 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0177-02

1 皮帶集控現狀

南屯煤礦目前共有11部皮帶，皮帶集控系統已經投入運行十五年，受當時技術、控制理念和資金等方面的制約以及設備老化等因素，現有控制系統存在以下問題：

（1）現有集控系統各分站通訊采用MPI串點連接，控制風險比較集中，故障率高。通訊電纜抗干擾能力差。地面集控室上位機經常出現通訊中斷，造成集控系統網絡癱瘓;上位機因為通訊故障，反應遲鈍，造成操作人員下發命令，系統停止響應，停皮帶不及時;皮帶機處于控制盲區，給皮帶安全運行帶來隱患。（2）系統長期運行，一些關鍵元件逐漸老化，整個系統的故障率明顯增多，維護量增大，給生產帶來了隱患。（3）控制系統采用主從站形式連接，主站掉電地面上位機就無法連接井下PLC導致整個皮帶集控系統都無法使用。（4）后續陸續增加皮帶集控導致MPI網絡越來越復雜，一旦控制系統某一處MPI通訊存在問題，會影響整個系統。（5）攝像儀數量少一些重要位置無法覆蓋。（6）皮帶沿線保護動作無語音提示。（7）電機溫度、滾筒溫度、減速機溫度、油泵油壓、電機震動等信號未采集。（8）地面集控室視頻顯示終端老化，不能滿足現有視頻系統要求。（9）主副井提升信號采集及遠程監控。

綜上所述，需要對當前集控系統進行升級改造。改造后系統井下PLC控制分站間采用以太網通訊，整個皮帶集控系統組成一個獨立的環網，便于檢修維護。站與站之間的通訊介質采用光纖。

2 系統改造涉及設備

皮帶集控系統升級改造涉及到的設備如圖1。

3 系統升級后通訊網絡構架

如圖2系統構架，皮帶集控系統升級后，形成1個獨立的千兆環網。其中九采二分區PLC控制分站通過光纖收發器連接到九采一分區環網交換機，九采一分區PLC控制分站通過網線連接到九采一分區環網交換機;一采強力PLC控制分站通過網線連接到8#倉分煤PLC控制分站，8#倉分煤PLC控制分站通過光纖收發器連接到東翼一部環網交換機;三采東部橫貫PLC控制分站通過光纖收發器連接到一采東部環網交換機，一采東部PLC控制分站通過網線連接到一采東部環網交換機;西三PLC控制分站通過光纖收發器連接到一采東部環網交換機;西二PLC控制分站通過光纖收發器連接到一采東部環網交換機;西一PLC控制分站通過光纖收發器連接到一采東部環網交換機。

地面集控室設置一臺24口全千兆交換機，分別與井下千兆環網交換機、集控室計算機、解碼器、網絡硬盤錄像機連接，通過以太網絡讀取控制信息和視頻信息。集控室設置兩臺集控計算機和一臺視頻控制計算機，集控計算機一臺用于監視及控制井下皮帶集控，一臺用于監視及控制裝載集控系統，視頻控制計算機，用于控制視頻圖像顯示到某一塊顯示屏，或者分割顯示，還可以訪問硬盤錄像機讀取歷史視頻記錄。

4 集控系統升級的主要內容及實現的功能

（1）遠方控制功能。地面操作員通過集控室計算機控制皮帶和給煤機的啟停、故障復位、急停、開關遠程送電等操作，實現井下的無人值守。（2）監測及顯示功能。操作員通過集控室計算機實時監測皮帶、給煤機的各種參數，同時顯示井下現場操作箱實時的顯示通訊狀態、電機運行狀態、電機電流、皮帶保護狀態、皮帶停車原因、皮帶運行速度、開關掉電原因等。（3）網絡冗余功能。井下以太環網通過管理軟件實現多種信號的冗余傳輸功能，各信號互不影響。（4）遠方編程功能。調試人員可以在集控室通過專用軟件STEP7，實現遠方修改、調試的功能。（5）報表管理功能。上位機對各設備的運行累計時間及每次啟停時間、停車原因、保護動作時間記錄并生成報表。操作員可以選擇時間段查詢以上參數，便于生產管理。（6）保護功能。系統具有煙霧、跑偏、低速打滑、超溫、堆煤、防撕裂等2016版《煤礦安全規程》要求保護。（7）保護遠方屏蔽功能。當現場保護損壞時，現場又急于開車，地面操作人員可以通過上位機將相應保護屏蔽，實現應急開車。（8）網絡發布功能。視頻信號和集控室上位機設備參數，以網絡發布的形式傳入地面局域網，局域網內的任一客戶端都可以查詢發布的信息。（9）上位機聲音提示功能。當設備出現故障時，上位機會給出相應的聲音提示，故障確認后聲音消失。當操作員開啟設備時，上位機也會給出相應提示，動作完成后消失。（10）停車原因。皮帶每次停車上位機都會顯示停車原因，停車原因包括：正常停車、保護動作停車、順啟超時停車、閉鎖關系停車、急停停車、通訊故障停車。（11）歷史視頻訪問功能。通過瀏覽器可以訪問硬盤錄像機，有權限的用戶可以選擇時間段瀏覽歷史視頻，并支持下載。（12）電機、減速機、驅動滾筒溫度、振動在上位機上顯示。每條皮帶實時顯示每臺電機、減速機、驅動滾筒溫度數據，當溫度過高時報警提示并自動停機（需增加溫度過高屏蔽功能），需預留出其他改向滾筒溫度接入端口（每條皮帶按8臺改向滾筒計算）。（13）實現地面控制電機磁力啟動器開關切換。上位機上可以實現每條皮帶驅動開關切換，即當1#驅動電機A套開關故障是，上位機可將1#驅動切換為B套開關。（14）使用調速型液力耦合器的皮帶實現冷卻水聯動。使用調速型液力耦合器的皮帶當皮帶啟動時，調速型液力耦合器冷卻水自動開啟，當皮帶停止時，冷卻水自動關閉。（15）預留滑軌攝像頭控制接口及監控控制。后期改造方案中每條皮帶均要實現滑軌攝像頭監控，井下控制臺預留出滑軌攝像系統接口，地面監控要實現每條皮帶單獨控制滑軌攝像機前進、后退、左右旋轉，實現鏡頭放大、縮小功能。（16）實現張緊力數據采集功能。實時顯示每條皮帶張緊力大小。（17）上位機語音廣播功能。地面上位機通過點擊某條皮帶或按下說話按鈕后，井下相應皮帶能聽到地面人員語音（若暫時無法實現，可預留接口）。（18）皮帶遠程控制時，井下打點信號地面上位機聲音及信號提示。當皮帶無人值守時，井下施工人員在某一地點打點要求開車時，地面上位機上顯示打點位置，有聲音提示及在相應皮帶上顯示開車提示標志。（19）給煤機相關參數顯示。實時顯示各給煤機電機電流，顯示電機及減速機溫度及振動情況（給煤機距離PLC控制柜超過200米無法實現）。（20）盤式制動器與皮帶聯動及信息采集。當皮帶開機時，盤式制動器自動敞開閘盤并反饋信號，皮帶停機時，盤式制動器自動抱閘。采集盤式制動器閘間隙、油壓力、溫度等信息并在上位機上顯示。（21）煤倉煤位數據顯示。皮帶機頭操作臺及上位機實時顯示煤倉煤位。

5 視頻監控系統

（1）根據現有集控室尺寸，需要配置16塊46寸液晶拼接屏，拼接屏規格為4行4列，液晶拼接面板選用三星5.5拼縫高亮液晶拼接面板。（2）液晶拼接大屏幕可以用于顯示視頻監控畫面和工藝流程畫面。（3）拼接大屏支架選用單元體組合方式，選用鋁型材框架結構，便于安裝和維護，拼接屏底座采用組合機柜的方式，可以前后開門，相關的處理設備可以放置在機柜內，便于維護。（4）視頻的拼接、分割、解碼選用海康專用的拼接處理器來實現，錄像采用海康威視128路嵌入式硬盤錄像機來實現。（5）本系統完成后，最大支持128路視頻存儲，能實現信號的拼接、漫游、分割、報警彈屏、移動偵測、報警輸出等功能。（6）可以對電視墻進行配置，通過配置可以在液晶大屏和主控計算機上實時顯示前端任意一個監控點的圖像，電視墻上每塊屏幕可以進行1、4、6、8、9、10、12、13、16等畫面分割，滿足監控需求。（7）攝像機分組：為查看方便，系統平臺支持按照邏輯區域、設備類別等進行分組，用戶應能直觀的通過列表查看到前端所在位置，提高監控操作效率。（8）輪巡：系統具備視頻自動巡視功能，在可設定的間隔時間內對全網的監控點進行圖像巡檢，參與輪巡的對象應能任意設定，輪巡間隔時間可設置。除系統定義外，支持操作人員自己定義，編輯所需的巡視組。（9）攝像機信息設置：能設置系統內所有攝像機的標題、IP、名稱、所在區域、場所等信息。（10）系統能通過統一的調整工具，支持實時設定前端設備的各種參數，如碼率、品質、分辨率、制式、幀頻、色彩、音量等。（11）云臺和快球控制：支持方向控制、自動掃描、預置位管理、光圈焦距管理、鏡頭縮放;云臺速度可調。（12）畫面抓拍：支持將任意實時圖像存放成JPEG、BMP、MPEG-4、H.264或M-JEPG格式的圖像。（13）手動錄像：當發現異常情況，調度人員可以根據當前情況進行手動錄像。（14）回放功能：調度人員能進行本地回放以及遠程回放。

參考文獻

[1] 張鳳珊.電氣控制及可編程序控制器.2版[M].北京：中國輕工業出版社，2003.

[2] 李道霖.電氣控制與PLC原理及應用[M].北京：電子工業出版社，2004.