主煤流自動化改造技術在義安礦的應用

陳 鑫

（洛陽義安礦業(yè)有限公司，河南 新安 471800）

義安礦井下采掘作業(yè)地點運煤、排矸均通過主煤流運輸系統(tǒng)，系統(tǒng)由各采掘地點帶式輸送機、采區(qū)帶式輸送機、主斜井帶式輸送機、平地上倉帶式輸送機、破碎機及刮板運輸機等組成。目前，該系統(tǒng)自動化水平較低，原各運輸系統(tǒng)設備啟停均為人工操作，存在用工多、職工勞動強度大及運輸效率低等問題[1-5]。

1 系統(tǒng)概況

（1）運輸工藝流程

井下采掘作業(yè)地點煤矸石首先經帶式輸送機被運至車場煤倉，通過煤倉轉載至采區(qū)一、二部帶式輸送機，然后運至采區(qū)煤倉，經采區(qū)煤倉轉載至主斜井帶式輸送機，之后經平地上倉帶式輸送機運至平地煤倉上口破碎機處，煤矸石經破碎后通過刮板運輸機運至平地煤倉內。主煤流運輸工藝流程示意圖如圖1，各設備技術參數見表1。

表1 主要設備技術參數

圖1 主煤流運輸工藝流程示意圖

（2）控制及保護系統(tǒng)

主煤流帶式輸送機均安裝有剎車裝置、防下滑逆止裝置及液壓張緊裝置；各大保護齊全可靠，具有跑偏、煙霧、撕裂、沿線急停、速度等保護裝置。系統(tǒng)通過KTC101-Z 綜保主機及CST 啟動傳輸裝置實現控制及保護功能。KTC102-Z 通過自身COM1、COM2兩個串孔進行通訊，因產品更新換代，COM1 僅支持RS232 傳輸，COM2 僅支持RS465傳輸。CST 啟動傳輸裝置因設備廠家或批次的不同導致其通訊接口形式不一，支持SLC5/04、1756-L55、RS232 及1756-L61 等傳輸形式。具體通訊接口情況見表2。

表2 KTC101-Z 與CST 通訊接口情況

2 系統(tǒng)改造設計

本次采用KXJ660 本安型PLC 控制箱，質量360 kg，外形尺寸：長1 110.5 mm、寬805.5 mm、高1120 mm，外殼材質為Q335。

（1）PLC 控制箱工作原理及配置

如圖2 所示，PLC 控制箱的關鍵核心為礦用PLC，一方面通過數據采集傳感器采集各個開關量及模擬量數據，之后進行運算及判斷，實現對設備的控制；另一方面接收上一級操作臺的控制命令，實現控制及保護設備的目的。PLC 控制箱配置明細見表3。

表3 PLC 控制箱配置明細表

圖2 PLC 控制箱工作原理

（2）自動化集控系統(tǒng)改造

自動化集控系統(tǒng)由已開發(fā)應用工業(yè)自動化軟件及自主開發(fā)的模塊組成。其中，工業(yè)自動化軟件主要采用IFIX5.8 軟件，配套IFIX 客戶端開發(fā)、運行軟件及SCADA 冗余組件；自主開發(fā)的模塊為系統(tǒng)集控模塊及子系統(tǒng)接入模塊。系統(tǒng)通訊網絡布置示意圖如圖3，自動化系統(tǒng)主要組成及其功能見表4。

圖3 系統(tǒng)通信網絡布置示意圖

表4 自動化系統(tǒng)主要組成及功能表

（3）通信系統(tǒng)改造

結合設備通訊現狀，制定了針對性的改造方案。KTC101-Z 綜保主機原通訊接口為RS232 及RS485兩種通信接口，現將RS232 通信接口統(tǒng)一轉換為RS485，詳見表5。PLC 控制站為新增設備，相應增加支持MODBUS 協(xié)議的 MVI56E-MCM 通信模塊。CST 通訊接口改造后采用DHRIO、RS485、EN2T 方式進行通訊，詳見表6。

表5 KTC101-Z 通信接口改造表

表6 CST 通信接口改造表

3 系統(tǒng)功能

3.1 顯示功能

系統(tǒng)軟件平臺建立有關帶式輸送機的數字量及模擬量，數字量包含帶式輸送機各類保護、運行狀態(tài)及工作模式等，模擬量包含帶式輸送機溫度、電動機電壓及CST 油溫等。數字量及模擬量與現場KTC101-Z 及CST 保持通訊，可直接采集其數據。采集KTC101-Z 及CST 數據后，傳送至控制中心上位機，一方面顯示帶式輸送機運行狀態(tài)及相關參數，另一方面提供各個模擬量變化曲線、故障及報警記錄等。

3.2 控制功能

新系統(tǒng)的控制方式分為就地控制及遠程控制。其中，就地控制分為檢修控制及集中控制，遠程控制分為單臺設備控制及集中控制。

（1）就地檢修控制

直接在KTC101-Z 及CST 上打開就地檢修開關，解除設備控制與檢修維護的閉鎖功能，即可進入就地檢修模式。

（2）就地集中控制

恢復設備控制與檢修的閉鎖程序，在KTC101-Z上打開就地集中控制開關，使KTC101-Z 重新進入新的驅動程序，即可進入就地集中控制模式。

（3）遠程單臺設備控制

在設備控制與檢修閉鎖的情況下，即可遠程對單臺帶式輸送機進行啟停控制。

（4）遠程集中控制

在設備控制與檢修閉鎖的情況下，在控制中心打開遠程集中控制開關，確認現場各部帶式輸送機搭接關系，設定集控參數，選擇聯鎖控制模式，即可進入一鍵啟停控制。

3.3 預警功能

實現系統(tǒng)與調度語音廣播系統(tǒng)聯動，當系統(tǒng)任一環(huán)節(jié)出現故障時，語音廣播系統(tǒng)隨即進行廣播預警。

4 一鍵啟停控制設計

一鍵啟停控制程序框架圖如圖4。一鍵啟動前，主煤流系統(tǒng)設備均處于停機狀態(tài)。一鍵啟動時，系統(tǒng)進行初始化，發(fā)送清除軟故障命令，同時進行啟動參數設置。若判斷遠程集控狀態(tài)、CST 及變頻器信號等正常，滿足啟動條件后，進入逆煤流啟動運輸系統(tǒng)各個設備的程序，直至全部啟動成功。若任一設備未成功啟動時，則進入預警返回模式，之后再次進行啟動。一鍵停機時，進入順煤流停止設備的程序，直至全部停機成功。若一鍵啟停過程中發(fā)生突發(fā)狀況，直接打開就地或遠程急停開關，立即停止設備的運行。

圖4 一鍵啟停控制程序框架圖

5 系統(tǒng)改造效果

義安煤礦在原主煤流運輸系統(tǒng)的基礎上，通過增加羅克韋爾控制器及其通訊模塊，直接解決KTC101-Z 及CST 與系統(tǒng)的通訊問題。系統(tǒng)改造后，首先通過調度室控制中心上位機實時顯示設備的運行狀態(tài)、保護狀態(tài)及帶式輸送機的溫度、速度等重要參數；其次，及時、直觀掌握設備的故障狀況，提供語音廣播系統(tǒng)報警等功能；最后，利用系統(tǒng)遠程控制功能，實現了主煤流運輸系統(tǒng)的自動化控制，達到預期目的。義安煤礦原主煤流運輸系統(tǒng)每班需5 名設備司機，系統(tǒng)改造后，每班僅需2人巡視、檢查設備，每班減少崗位工投入3 人，每人工資按220 元/班，則每年節(jié)省人工成本48.2萬元，實現減人增效的目標。

6 結論

（1）義安煤礦在原主煤流運輸系統(tǒng)的基礎上，通過增加PLC 控制箱等設備，改造設備通訊接口，采用羅克韋爾控制器及其通訊模塊，使新老系統(tǒng)之間無縫融合。新系統(tǒng)能夠對設備運行狀態(tài)及參數進行實時監(jiān)控，準確判斷及預警設備故障，另外通過應用一鍵啟停功能，順利實現了主煤流運輸系統(tǒng)的自動化控制。

（2）系統(tǒng)改造后，每班減少崗位工投入3 人，每年節(jié)省人工成本48.2 萬元，實現了減人增效的目標。義安礦主煤流自動化控制系統(tǒng)改造的成功實施，對類似帶式運輸系統(tǒng)的改造具有借鑒意義。