基于某煤礦區域化集控方案改造技術的應用與研究

張得君

（靖遠煤業集團有限責任公司，甘肅 白銀 730900）

由于我國各種的監控系統多為封閉系統，雖然使用的是國際標準規約，如串口232/485、103、104、modbus 規約等，但各個廠家都會依據自身要求做適當修改，而且對其規約都有保密措施，這導致與其他廠家互不兼容，缺乏統一的信息交換平臺，這嚴重制約著國內煤礦生產建設的發展。本文主要結合魏家地煤礦南風井區域化集控改造方案，根據煤礦的具體需求給出了改造方案。

1 監控平臺改造的意義

隨著國家智慧礦山戰略思想的構建，企業也在積極朝著智慧生產、職業健康、智慧技術方面改進。甘肅靖遠煤電股份有限公司積極響應國家號召，首先，實施“一優三減”“四化”建設的工作安排。企業本著節能降耗、降低成本，提高煤礦自動化水平，減員增效的目標，通過和南京南瑞繼保工程技術有限公司合作，并長遠考慮魏家地煤礦后續智慧煤礦建設需求，依托PCS-9000 系列過程層控制系統，對魏家地煤礦南風井進行區域化集控試點，希望能通過此次改造真正實現遠程意義上的監控。

2 設備現狀及缺陷

魏家地煤礦已有30年開采歷史，煤礦于1971年10月開始建設，1989年12月投產，礦井設計年生產能力為300萬噸，計劃服務年限為70年，煤礦擁有礦井生產安全監測系統、通風系統、電氣系統、信息自動化系統等多個系統。煤礦在多年生產期間，有過不同程度的產品升級、改造、換代等，但由于之前技術薄弱，監控平臺始終不完善，達不到信息交流共享，造成“信息孤島”現象的產生，主要問題主要為：（1）煤礦監控系統通訊協議不規范；（2）數據采集不全面、達不到共享；（3）沒有有效的利用網絡實現系統集成。

2.1 電氣系統

南風井供電由地面35kV變電站6kV系統614、631 線路負荷開關雙回供電，并有2 條6kV母線，共有11 面開關柜，本次部署電氣PCS-9000 系列過程控制子系統，通過485 通訊、以太網、IO 采集等多種方式實現遙控、遙測、遙信、等功能及數據全覆蓋、電氣程序五防以及參與工藝系統各類邏輯程序，真正實現智能化避免人工誤操作帶來的安全風險。

2.2 通風機房

通風機房由2 臺主通風機組成，每臺風機由 2 臺500kW 電機變頻運行驅動，主通風機為防爆軸流式對旋軸流風機，基本實現簡單的后臺控制，但數據采集不全面，無相關連鎖程序。通風機水平風門擋板及垂直風門擋板目前為電機驅動式絞車提升，控制方式為就地手動控制，本次需更換自能一體化風門擋板進行改造。機房內7 面6kV開關柜通過485 通訊方式實現集中監控，改造后通風機房實現數據全面覆蓋，實現工藝連鎖，最終實現真正意義上的自動化監控。

2.3 制氮機房、灌漿泵房

制氮機房2 臺355kW 空壓機均由PLC 控制，存在使用成本高，主要表現為后期維護、備品備件成本高。因此，需對其進行改造。主要通過制氮機房增加遠程IO 終端柜及制氮機、壓風機就地操作屏，實現壓風機、制氮機遠程。就地監控以及6kV開關柜監控功能。灌漿泵房由2 臺50kW 電氣驅動的多級離心式灌漿泵，只能就地操作，均不符合遠方操作，更滑智能一體電動閥門、增設電控柜實現就地、遠方以及工藝連鎖自動化控制。

3 改造方案

本次改造通過對電氣系統、通風機房、制氮機房、灌漿泵房等改造方案的研究，采用國內外先進的過程控制系統，按模塊化布局，支持熱插拔，系統采用1+1 冗余布置，雙電源供電，配置UPS，實現南風井區域內主通風機、制氮機、電氣系統、灌漿泵等均實現集控自動化監測、監視及智能控制，本次以電氣系統、主控室改造為例。

3.1 電氣系統設備改造方案

電氣系統改造需要增加1 面6kV監控屏，開關柜上增加就地/ 遠方操作按鈕，同時，增加遠方就地轉換回路，完善繼保裝置的485 通訊功能，采取modbus 的通訊規約，此改造可實現遙控、遙信等功能。通過安裝多功能電能表，可就地實現電流、電壓、有功功率、功率因數等參數的采集。安裝視頻監控攝像頭，并通過光纖通道上傳至集控室。改造后，實現集控五防并引入開關合分閘條件引入合分閘控制程序中，進而減少因人為誤操作造成的電氣事故。具體的改造所需設備如表1 所示。

表1 電氣系統改造設備清單

3.2 主控室監控系統改造方案

通過實地考察，監控系統主控室應設置在通風機房，需增加一面監視柜，包含UPS 系統、環網交換機系統、60 寸液晶顯示器。各個機房之間通過架空光纜來實現通訊功能，風機區域范圍內安裝1 臺攝像頭，從而實現全區域功能分區顯示，并可多畫面只有切換。主控室改造所需設備如表2 所示。

表2 主控室改造設備清單

4 實現目標

通過此次改造，對不同廠家的設備進行了統一具備遙信、遙控、遙測、遙調功能，實現供電系統、通風系統、壓風系統、灌漿各子系統的一體化遠程監控采集，通過后臺監控解決煤礦各子系統完美融合的難題，并且PCS-9000 系統具有“五遙四聯動”、故障定位等功能，實現了煤礦區域化集中控制，同時該系統具有強大的二次開發、編程能力，可滿足后續各類工藝及邏輯運算要求，為煤礦一體化過程控制在智慧礦山建設方面做了試點應用，打破了傳統PLC 各子系統組網集成造成的后續多廠家、多系統融合以及后續維護通訊問題頻發、各廠家技術壁壘等煩瑣問題，同時，減少供電事故發生和縮短故障排除時間，具有故障錄波、圖形報告、歷史數據查詢、保護動作值查詢、能效管理等功能，對于設備跳閘故障分析也有了可靠的依據。

5 結語

總之，該系統的改造，讓相關人員及時可觀地掌握現場設備運行情況，實時獲取設備運行時的警信號、測量數據、開關狀態等，實現了多層次的安全管理，降低了煤礦安全系統的風險，減少了事故的發生，提高了生產效率。此系統的改造，對同行業技術改造應用也有重要的借鑒作用，對企業構建智慧煤礦也有積極的促進作用。