S5采區主膠帶機兩種過載預警、停機項目的成功應用

楊全興　程錦科　崔志勇

摘要：S5采區皮帶機過載預警系統、視頻智能過載預警系統的使用，通過自動、手動操作從采掘源頭控制煤量，運行效果達到了設計目的，滿足了安全生產的要求。

Abstract： The use of belt conveyor overload early warning system and video intelligent overload early warning system in S5 mining area controls the amount of coal from the source of mining through automatic and manual operations. The operation effect has achieved the design purpose and met the requirements of safe production.

關鍵詞：過載預警系統;視頻智能過載預警系統;自動、手動操作;控制煤量;設計目的

Key words： overload early warning system;video intelligent overload early warning system;automatic and manual operation;coal control;design purpose

中圖分類號：TD634.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）05-0194-02

0? 引言

針對制約帶式輸送機智能集控運行難題技術攻關之一：長距離、大運量帶式輸送機在重載起動時，由于漲緊動態相應不及時，導致重載啟動時，皮帶漲緊不能及時相應滿足負荷要求，導致發生打滑、抖動、撒煤或斷帶現象。為了徹底解決這個問題，可以從采掘源頭控制煤量，常村煤礦S5采區主皮帶機通過實施：①主膠帶機過載語音報警、停機項目方案;②主膠帶機視頻智能過載預警系統方案。兩種方案的同時運用，運行效果達到了設計目的，滿足了安全生產的要求。

S5采區一部皮帶機為1.2米皮帶，在運行過程中經常出現過載現象，導致壓帶事故發生，為了在膠帶機過載壓帶前及時將過載預警信號傳遞給S5采區1.4米二部、三部及采掘隊組皮帶司機，提醒采掘隊組及時控制煤量必要時及時停機，防止惡性事故的發生，特制定下述方案：

1? 方案一

1.1 控制方式

為了改變和完善皮帶機運輸系統存在的各種各樣問題，實現三條皮帶同時語音報警及聯鎖停車功能，保障皮帶運輸系統安全、可靠運行，采用皮帶機可視化集中控制方式進行實現，主要通過以下幾個方面給以保障：

第一，實現聯鎖控制和語音通話二位一體的自動化控制系統體系。

第二，通俗易懂的梯形圖編程語言，現場技術人員可在最短的時間內掌握編程技術。

第三，采用工業以太網（1000M）技術，主網絡設置1000兆礦用隔爆光電網絡交換機，子網絡設置100兆礦用隔爆光電網絡交換機，每臺皮帶機控制裝置之間采用單模阻燃光纜連接，全部數據通過工業以太環網傳輸。

第四，主控站和分站核心部分采用德國西門子公司的PLC300系列產品，保證了控制系統的可靠性和穩定性。

第五，信息傳輸，控制裝置提供的數據通過工業以太網傳輸，工業攝像機采用高清紅外網絡的，通過以太網傳輸至地面控制室。

第六，在系統中利用沿線裝了礦用本安型電話機，這樣只要S5采一部皮帶機報警，其余2條皮帶機都報警從而使整個沿線都能夠聽到語音提示及報警。

1.2 設計原則

①系統設備符合煤礦生產環境條件，并符合《煤礦安全規程》2016版有關要求。控制系統中相關設備具有國家煤礦質量“MA”標志和煤礦防爆“EX”標志。②控制裝置和顯示操作單元具有煤礦安全標志和防爆標志。③控制裝置任意可以接入工業以太環網（1000M）技術構成三網合一的網絡平臺。④充分滿足現場運行和檢修要求。⑤保證整個系統運行可靠、故障率低、維護方便、程序修改靈活。⑥控制裝置核心單元采用西門子S7-300系列產品，采用液晶顯示器顯示采集電流大小和高電流超限設置。⑦網絡通訊故障可以通過地面上位機網絡監管軟件實現，可以定位查找故障點，監測端口流量等信息。⑧地面及井下工業網絡交換機均采用國內知名品牌。采用臺灣生產的MOXA品牌交換機。⑨預警信號和沿線廣播可以根據皮帶機運行工況進行設置。

1.3 井下皮帶運輸系統現有設備狀況

目前，常村煤礦井下S5采區主運輸皮帶機有3部，其中包括：S5采區一部皮帶機、S5采區二部皮帶機、S5采區三部皮帶機。

S5采區一部皮帶機、S5采區二部皮帶機用天津華寧的控制器完成就地控制和沿線急停喊話預警，S5采區三部皮帶機采用徐州瑞豐科技發展有限公司的控制器完成就地控制和沿線急停喊話預警。

1.4 系統設計方案

針對煤礦井下煤流運輸生產系統的特點，提出以下設計方案。

井下皮帶運輸集中控制系統由就地采集控制單元、通訊網絡、擴播電話系統、現場設備集中控制設備組成。

1.4.1 通訊網絡

本系統控制部分采用工業以太網方式通訊，在皮帶驅動點位置分別安裝一臺隔爆網絡交換機，組成1個千兆網絡。

1.4.2 設備布置

在S5采區一部皮帶機機頭增加一臺西門子系列控制箱，增加一臺交換機、S5采區三部皮帶機機頭增加一臺交換機。從而通過光纖實現S5采區1#和3#皮帶機之間的數據交換，達到在S5采區1#、2#、3#皮帶機全線預警并能夠實現手動、自動停車。

1.4.3 過載保護實現功能

①根據礦上實際情況，需要在S5采區一部皮帶機機頭增加一套獨立的電流采集裝置用于采集皮帶機的實時電機電流;用于設置電機電流的相關預警、控制參數，然后通過以太網把數據傳輸給S5采二部皮帶和S5采三部皮帶，在達到設置值時實現全線預警、根據設置值進行手動、自動選擇停車。

②S5采區皮帶1#、2#、3#電機電流達到一定的設置值時（通過旋轉按鈕設置等方式設置，要求3個電機單獨分開設置，且通過顯示屏觀看）;開始過載預警，S5采區2部皮帶機機頭及沿線以及S5采區3部皮帶機及沿線巷道及采掘機頭都能聽見，電流降到設置值以下預警信號無。預警報S5采區相應電機的過載信號。例如：“報S5采區皮帶3#電機過載”等信號。

③需要停機時，S5采區一部皮帶機機頭司機可以在操作箱上進行選擇操作選擇自動或手動裝態。手動狀態可以選擇先停S5區采三部皮帶機或S5采區二部皮帶機。自動狀態有兩種方式：1）延時先停S5采區三部皮帶機，延時一定時間后再停S5采區二部皮帶機，延時時間在操作箱上可以通過旋鈕設置。2）延時直接停S5采區二部皮帶機，延時時間在操作箱上可以通過旋鈕設置。

④手動控制方式是在手動狀態下，在S5采區皮帶機頭手動控制2部、3部皮帶機停車。自動狀態下按上面的兩種自動方式選擇后，由于聯鎖關系，相關的皮帶機也能實現自動停止。

⑤停止后的皮帶機在接到開機信號后，按原來的操作方式可以正常啟動皮帶。

方案具體實施步驟：在S5采區皮帶機高壓軟起開關中裝設電壓、電流互感器;在S5采區皮帶機頭增設電流過載、預警信號顯示及操作裝置;敷設網線后通過光纜與S5采區二部、三部皮帶機交換機連接，傳遞通訊信號;按照要求的設計方案編程，通過程序控制過載預警、停機信號;調試過載預警、停機信號，在操作箱上實現手動、自動控制。

具體控制操作：S5采區皮帶1#、2#、3#電機電流通過觸摸屏設置，現在3個電機單獨分開設置，且通過顯示屏可以觀看，現在設置值為1#、2#為25A、3#為40A）開始過載預警，預警“報S5采區皮帶電機電流超限”預警信號。

S5采區皮帶過載需要停機時，S5采區一部皮帶機機頭司機可以在操作箱上選擇自動或手動裝態停機。手動狀態可以選擇先停S5區采三部皮帶機或S5采區二部皮帶機。自動狀態延時先停S5采區三部皮帶機，延時一定時間后，再停S5采區二部皮帶機，延時時間在觸摸屏上可以設置（現在設置S5采區皮帶過載后，延時5秒停S5采區三部皮帶機，再延時45秒停S5采區二部皮帶機）。

S5采區二部、三部皮帶機在過載停機后接到開機信號后，按原來的操作方式可以正常啟動皮帶。

通過方案一的實施，發現在取電流信號時，有時有誤差，為了確保過載預警信號的準確性，同時采取了方案二，主膠帶機視頻智能過載預警系統

2? 方案二：主膠帶機視頻智能過載預警系統

2.1 系統方案

智能視頻調速系統主要組成：井下防爆攝像頭（內置攝像機為海康威視），井上識別服務器主機（CPU：i7-8700 內存8G），井下播放主機。

安設膠帶機視屏智能預警系統，由井下S5采區皮帶機尾、S5采區二部皮帶機尾、S5采區3部皮帶采掘隊組出煤口前適當位置及S5-16順槽皮帶上方的防爆攝像頭、防爆分站、防爆計算機組成，通過視頻系統信號，通過光纜傳輸視頻信號到S5采區皮帶機頭的防爆計算機及集控室的地面計算機，計算機通過相應的視屏軟件分析計算，判斷此煤量會超過S5采區一部皮帶的承受能力，計算結果超過設定運輸能力，通過環網輸出信號到井下的防爆分站，防爆分站輸出節點信號閉鎖順槽膠帶機，同時通過聲光報警裝置進行預警，通知膠帶機崗位人員，必要時在超出設定值后，可以立即停順槽皮帶機。

本系統主要依靠安裝在二部尾處的攝像頭來進行煤量的識別，根據煤量識別的結果，結合皮帶運行的速度，計算出二部皮帶上100米、200米和300米的平均煤量，并記錄在modbus服務器中，井下設備可以以各段平均煤量來作為參考進行預警或停止順槽皮帶的動作。

2.2 方案具體實施步驟

①S5采區皮帶機尾、S5采區二部皮帶機尾、S5采區3部皮帶采掘隊組出煤口前適當位置及S5-16順槽皮帶上方安裝防爆攝像頭、及指定位置安裝防爆分站、防爆計算機，敷設光纜進行連接。②通過環網輸出信號到井下的防爆分站，防爆分站輸出節點信號閉鎖順槽膠帶機，同時通過聲光報警裝置進行預警，通知膠帶機崗位人員，必要時在超出設定值后，可以立即停順槽皮帶。③只需要根據攝像頭具體情況如實配置即可，如配置錯誤可以點擊編輯按鈕進行修改，接入狀態表示為是否投入算法，默認為切除（不投入算法）。注意：在本調速系統中，只有二部尾所對應的攝像頭會被設置為接入狀態。

實施效果：假如S5采區皮帶機壓帶一次，翻煤處理至少需要2個小時，則出煤量將減少4000噸煤（S5采區運輸能力為2000噸/時為準），按煤的價格700元/噸，則損失280萬元。

減輕了皮帶司機的勞動強度，在沒有電流預警裝置時、膠帶機視屏智能預警系統時，皮帶司機只能依靠眼睛緊盯著顯示屏看電流，現在通過預警信號便可以掌握電流的過載情況，在自動狀態下可以逆煤流停車，杜絕了重載啟動時由于皮帶漲緊不能及時相應滿足負荷要求，導致發生打滑、抖動、撒煤或斷帶等惡性事故的發生。

參考文獻：

[1]何森.局級配變臺區運行狀態評估與預警系統的研究與開發[D].廣西大學，2019.

[2]丁穩峰.放頂煤工作面后刮板輸送機過載預警系統的應用[J].煤礦機電，2015（04）：109-110.

[3]舒漢國.主斜井膠帶機視頻智能調速的研究[J].價值工程，2019，38（07）：127-129.