基于視頻監控的地面原煤運輸集控系統設計

劉 偉

(太原理工大學 電氣與動力工程學院，太原 030024)

地面原煤運輸集控系統的可靠性關系著煤礦生產是否安全可靠的重大問題,在煤礦生產領域已受到越來越多的關注。某煤炭企業的地面原煤膠帶運輸系統由1號皮帶、1號篩、中粒度帶、中粒度倉、2號皮帶、2號篩、粒度帶、粒度倉、轉角帶、倉帶和原煤倉等組成,可概括為由 6 條膠帶輸送機、3個煤倉、2個振動篩以及控制設備等組成,其運輸系統見圖1。

由于該地面原煤運輸系統采用單個設備對膠帶機及振動篩進行簡單人工手動操作,只有簡單的單個控制設備保護,沒有構成一個整體的系統,導致原煤運輸系統經常發生故障影響安全生產,為了保障設備長時間可靠運行,本文設計以PLC為控制核心的地面原煤輸送系統,并采用視頻監控的方式加強地面原煤運輸系統的監控水平,實現遠距離集中控制和監控相結合,提高地面原煤運輸系統的自動化水平[1]。

圖1 地面原煤運輸系統示意圖Fig.1 Raw coal transportation system

1 控制系統要求

膠帶集控系統要求對倉帶、轉角帶、粒度帶、2#篩、2#皮帶、中粒度帶、1#篩和1#帶進行集中控制并給主帶留一個狀態控制信號。每臺設備采集四個狀態(起動、停止、運行、故障)。給每部膠帶機配置拉線開關,用以實現設備的現場緊急停車。配置有跑偏、煤位、煙霧、撕裂等保護功能,構成較完善的監控系統。

視頻監控系統要求由攝像、傳輸、控制、顯示和記錄五大部分組成,實現實時監視、實時錄像、錄像回放。視頻監視系統采用優質一體化工業攝像機。視頻設備應選擇具有在低照度下良好拍攝的能力,并配置大屏幕液晶電視用于監視。

2 硬件系統設計

2.1 視頻監控系統

根據要求監控地點選用礦用隔爆兼本質安全型攝像儀。主井口膠帶機頭:選用進口一體化變焦攝像機焦攝像機1臺。1#振動篩:選用低照度彩色攝像機定焦攝像機1臺。1#膠帶頭:選用低照度彩色攝像機定焦攝像機1臺。1#膠帶尾:選用低照度彩色攝像機定焦攝像機1臺。2#振動篩:選用低照度彩色攝像機定焦攝像機1臺。2#膠帶頭:選用低照度彩色攝像機定焦攝像機1臺。2#膠帶尾:選用低照度彩色攝像機定焦攝像機1臺。粒度帶尾:選用低照度彩色攝像機定焦攝像機1臺。中粒度帶尾:選用低照度彩色攝像機定焦攝像機1臺。倉帶頭:選用低照度彩色攝像機定焦攝像機1臺。倉帶尾:選用進口一體化變焦攝像機焦攝像機2臺。根據監控要求設視頻服務器(硬盤錄像機)1臺。

2.2 膠帶機集控系統

膠帶機集控系統采用西門子PLC和工控機對現有的膠帶機、給煤機和篩子等設備進行集中控制。采用1臺S7-200可編程控制器結合1塊EM222及1塊EM221完成對膠帶機、振動篩的控制,配置EM277模塊實現和工控機的通訊功能,6套膠帶機保護控制系統實現對帶式輸送機的控制保護,8臺礦用隔爆兼本質安全型電磁起動器控制6條膠帶機及2臺振動篩,并采用研華的工控機共同構成膠帶機集控系統。通過PLC可編程控制器進行內部設定程序,根據原煤集控系統的工藝過程,實現系統的集中自動控制、集中手動控制、就地控制,并對系統出現的故障進行處理。在集控室操作臺上能集中形象地顯示原煤運輸的運行狀態,并對系統的故障類型、故障地點給出相應的信息[2-4]。

3 PLC膠帶機集控系統的軟件設計

根據地面原煤運輸系統的要求,對系統輸入輸出點進行分配,編制程序使整個控制系統對地面原煤運輸工藝要求的適應性增強[5]。

3.1 PLC輸入輸出地址分配

根據系統控制要求,對6條膠帶機和2個振動篩以及系統相應控制模式的輸入輸出接口進行統計,并留有相應的裕量。具體PLC輸入輸出端口配置如表1所示。

表1 PLC輸入輸出端口配置Table 1 Input and output configuration of PLC

3.2 控制程序設計

根據地面原煤運輸系統工藝要求,控制系統程序設計主要實現對膠帶機和振動篩的控制,使系統能夠穩定可靠的運行。控制方式分為3類:集中自動、集控手動以及就地手動。本文介紹前兩種控制方式。

1)集中自動方式。啟動過程:點擊集控臺“起車預警” 按鈕,發預警信號(打鈴5 s),在預警信號發出后,1 min之內點擊“集控起車”按鈕,則膠帶機集控系統按照程序設置,打鈴2 s、停2 s、再打2 s后,按照倉帶、轉角帶、粒度帶、二號篩、二號帶、中粒度帶、一號篩和一號帶的順序啟動。1 min內沒有點擊集控起車按鈕,本次集控起車無效。啟動過程中需要停止集控啟動過程,按“起車中止”按鈕,則已經啟動的設備保持運行狀態,未啟動的設備不再啟動。在集控中止后需要集控啟動未啟動的設備,按“集控起車”按鈕即可按照工藝順序啟動剩余設備。

集控停車:在運行正常的情況下,實現全部停車,按“集控停車”按鈕,則系統根據程序設置,按照一號帶、一號篩、二號帶、中粒度帶、二號篩、粒度帶、轉角帶、倉帶的順序逐步停車。如果不需要停止運行的設備,按“停車中止”按鈕,系統停止執行集控停車程序,未停止的設備保持運行狀態。在停車中止后需要停止運行的設備,再次按“集控停車”按鈕,系統按照工藝順序停止還在運行的設備。

2)集控手動方式。將工控機人機界面的手/自動選擇設置為手動,將鼠標移近設備時,鼠標指針變成閃電樣式,表示進入該設備的操作區域,單擊控制設備左鍵,出現起動、停止、退出三個按鈕,按鈕底色是綠色表示允許進行該項操作,底色是灰色表示不允許,根據需要選擇,如選擇起動,則所選設備起動。

緊急停車：當遇到特殊情況如皮帶撕裂、堆煤、跑偏等故障時點擊人機界面的“緊急停車”按鈕或者按下機柜上方的紅色急停按鈕,系統控制所有設備無延時瞬時停車。

3.3 設計故障程序

故障程序設計主要包括各種報警信號的應對處理及事故警報解除后的復位。安裝在各個帶式輸送機的傳感器對于出現的故障進行判斷,檢測煙霧報警信號和溫度報警信號,當檢測到煙霧濃度或溫度超過標準時,需要開啟事故報警鈴發出事故報警,關閉電機,并開啟電磁閥灑水降溫降塵,設置延時檢測程序,1.5 s后若電磁閥未正常開啟或電機未正常關閉,發出故障報警信號,提示設備故障。檢測2級跑偏報警、撕裂報警信號、煤位報警信號、速度報警信號,出現這些報警信號時需要開啟電磁閥、關閉電機。

4 工控機人機界面設計

根據地面原煤膠帶控制系統的要求設計見圖2的操作界面,根據要求設計有起車預警按、全部自動、集控起車、集控停車、停車終止、緊急停車和故障確認等按鍵,設置有每臺設備的自動、遠控切換,設備的運行狀態監控。根據工藝要求可以調整相應的時間參數以及故障報警界面。

圖2 工控機人機界面設計Fig.2 Human-machine interface design of IPC (industrial personal computer)

5 視頻監控中心設計

監控系統應是集現代化信息技術、語音技術、通訊技術、圖像處理技術、自動控制技術、網絡技術、人工智能技術等高新技術于一體的系統集成,利用科學手段達到對地面原煤運輸系統狀況的實時監視、檢測、控制,保障生產安全和提高管理水平,填補了傳統煤礦地面原煤運輸安全監控系統存在的不足。視頻監控系統設備列表如表2所示。

表2 視頻監控系統設備Table 2 Device list of video surveillance system

視頻采集系統將視頻信號傳輸到監控中心,監控中心將視頻信號輸入硬盤存儲,并通過畫面分割器使用大屏幕等離子電視監看。利用遠程視頻監控系統,集控室監控人員可以直接對原煤運輸情況進行實時監控,可以直觀地監視和記錄原煤運輸情況,為分析事故提供相應的第一手圖像資料。因此,遠程視頻監控系統是保障地面原煤安全生產的重要組成部分。

6 結束語

結合某企業對地面原煤運輸的工藝流程,采用以PLC為核心的膠帶集控系統結合視頻監控技術,給出了基于視頻監控的地面原煤膠帶集控系統設計,并設計了該系統的PLC選型、控制程序。本系統使工作人員在控制室便可實時監控整個地面原煤運輸系統的運行,對于系統的故障保護、安全可靠運行均有重要意義。