锦界煤矿连采胶带机集控系统的介绍

[摘 要]神东煤炭分公司锦界煤矿率先进行数字化矿山建设，其中连采胶带机集控系统已完成改造。本文介绍锦界煤矿连采胶带机集控系统，从其结构和工作方式出发，做一个系统的、详细的介绍，为其他煤企的自动化改造提供一个模板。

[关键词]煤炭 连采胶带机 集控 自动化

中图分类号：TD634 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0163-02

引言

神华集团神东煤炭分公司下属锦界煤矿是锦能煤电一体化的配套项目，由神东煤炭集团进行专业化管理。2004年4月开工建设，历时30个月，于2006年9月建成投产，井田可采煤层7层，共有资源储量20.93亿吨，可采储量15.78亿吨。锦界煤矿地质条件较好，煤层倾角小，无断层，采用长臂采煤法回采，每个采煤工作面的推进长度在5000米左右。目前矿里配置三个综采队和三个连采队进行采煤和掘进作业，每个掘进工作面需安设3-4部胶带机才能满足连采掘进工作的需求，每部胶带机每班需要一名岗位工进行操作和维护运行，这就造成了极大的人力资源浪费且增加了岗位的不安全因素。连采胶带机的自动化改造工程列入锦界煤矿数字化改造工程中，于2015年7月底顺利完成改造，并成立了连采胶带机集控室，实现了地面集控室对井下连采胶带机的远程集中控制。

1 系统设计

1.1 系统概况

连采胶带机集控系统依托原有工业环网，在每部胶带机机头分别安装一台KTC102+控制器、一台QJZ-200智能磁力启动器或变频器、一套KTC102+通讯保护系统、一台高清网络摄像机。KTC102+控制器接入附近环网交换机，使用485通讯方式采集QJZ-200智能磁力启动器或变频器、上级移变电源、皮带保护数据并通过环网上传上位机，网络摄像直接接入附近环网交换机上传视频。在每个连采工作面安装一台KJD127型矿用隔爆兼本质安全型监控主机并接入环网交换机中，作为井下连采工作面远程控制胶带机的上位机；地面集控室采用普通非防爆电脑作为接入环网，作为地面集控室远程控制胶带机的上位机。胶带机有四种控制方式：1.远控模式：当胶带机机头控制器工作方式为远控时，地面集控室集控值班员在地面集控主机上通过MACS-SCADA系统实现对井下连采各队各部胶带机的远程启、停操作，并通过uniview视频监控系统实时监控运行情况，各连采队工作人员也可以通过工作面的KJD127型矿用隔爆兼本质安全型监控主机上的胶带机集控组态实现对本队各部胶带机的远程启、停操作并对胶带机运行过程中的实时视频监控；2.近控模式：当胶带机机头控制器工作方式为近控时，工作人员必须在机头控制器上就地操作皮带的启停；3.检修模式：当胶带机机头控制器工作方式为检修时，检修人员必须在机头控制器上就地操作本部胶带机的启停，检修模式下无与上级胶带机的联锁保护功能，可以在上部胶带机停机状态下进行检修作业，其他保护要求处于正常状态；4.点动模式：当胶带机机头控制器工作方式为点动时，操作人员必须就地操作皮带，点动模式为胶带机或保护故障，需紧急操作胶带机时使用的单点模式。以上4种工作模式中，只有远控模式下才可远程操作胶带机，其他三种模式下上位机无法操作胶带机的启停，但可以读取胶带机保护、开关和移变电源的数据，避免了检修期间胶带机的混乱操作引起的安全隐患，并做到了对胶带机运行的实时监控。

1.2 系统硬件部分

连采胶带机集控系统是由工业环网、上位机、下位机、传感器（胶带机保护）和执行元件（真空磁力启动器或变频器）五大部分组成。操作员通过上位机实现人机交互，上位机通过工业环网与下位机互通数据，下位机通过传感器采集保护信号，下位机通过执行元件控制胶带机。结构示意图如下图（图1）

1.2.1 工业环网

井下主环网交换机采用ATN950B增强型以太网交换机；连采顺槽胶带机机头和工作面的分支交换机采用ATN910增强型以太网交换机作为胶带机机头或工作面的数据上传单元。

1.2.2 KJD127型矿用隔爆兼本质安全型监控主机

KJD127型矿用隔爆兼本质安全型监控主机为Windows XP系统，可以直接作为区域主机与该区域控制线路上的所有KTC102+控制器通信，通过其丰富的接口将整个区域的各台KTC102+控制器的数据读取到本机上，也可以通过光纤环网通信完成分布式KTC102+控制器的数据采集、智能控制。

1.2.3 KTC102+控制器：

KTC102+控制器采用32位Cortex M4 with FPU RISC CPU作为处理器；采用RTOS实时嵌入式操作系统；同时可提供多种PLC应用需求，提供多种传感器连接使用；采用7寸彩色液晶屏，分辨率800×480；显示屏和主控制板进行模块封装，可以更好地满足现场恶劣的工况；兼容KTC102沿线，具有2路485接口、1路以太网接口，可以扩展光电模块，对外引出光信号，且预留了一路CAN接口；有16路输入量，有12路开关量输出，有2路模拟量输出，接口丰富；可以远程查看控制器信息，对外提供httpAPI接口协议，可实现对多个KTC102+进行统一管理。

1.2.4 皮带保护系统

（1）速度传感器，有两种型号传感器，其中GSC6-SA/B是开关量传感器，有常开常闭两种工作方式，可以通过传感器内部拨码开关设置速度运行范围；GSC-SC为模拟量传感器，可以上传实时的胶带机速度数据。

（2）跑偏传感器，型号为GEJ-15-P，分别在机头和机尾胶带机的两侧各安装一个跑偏传感器，当胶带机发生跑偏时，推动传感器万向活动杆动作，传感器向控制器输出开关量以保护皮带，具有常开和常闭两种方式可调。

（3）堆煤传感器，型号为GUD-330-D1，一般安装在机头卸载点上方，当卸载点发生堆煤时，传感器探头与煤接触，通过煤和大地形成回路，传感器动作并向控制器输出开关量。

（4）烟雾传感器，型号为GQL0.1-Y，一般安装在巷道回风侧距机头10米-15米处，当经过探头的气体烟雾超标时，传感器对外发出光电提示，并向控制器输出开关量信息。

（5）温度传感器，型号为GWM-40-W，传感器探头安装在驱动滚筒上，当温度超限时，传感器向控制器输出开关量信息。

1.2.5 执行元件

（1）真空磁力启动器

1000米的胶带机使用南京双京厂家生产的QJZ-200启动器，提供485通讯接口，可以使用485通讯与下位机控制器实现通讯，通过控制器进入以太网与上位机通讯，实现电流、电压、功率、电阻等数据的实时上传和参数的远程修改以及远程控制。

（2） 变频器

2500米胶带机使用北京山潜生产的变频器，具备485通讯功能，可以使用485通讯与下位机控制器实现通讯，通过控制器进入以太网与上位机通讯，实现电流、电压、功率、转速等数据的实时上传和参数的远程修改以及远程控制。

1.3 系统软件部分

1.3.1 锦界煤矿综合智能一体化生产控制系统

锦界煤矿综合智能一体化生产控制系统是北京和利时公司专门针对锦界煤矿数字化矿山建设设计提供的一款MACS-SCADA大型综合监控系统。MACS-SCADA大型综合监控系统软件作为各专业自动化系统统一的软件平台，采用分层分布网络构成中央级和基站级监控网，基于同一个软件平台集成或互联各专业自动化子系统，具有灵活的体系结构和完善的功能，多应用于核电、电力SCADA、地铁、轻轨铁路等系统。锦界煤矿综合智能一体化生产控制系统共包括采、掘、机、运、通等21个子系统，其中的掘进子系统又细分为三个连采队模块，每个队分为胶带机和供电两部分，通过胶带机子系统可以远程控制所有连采胶带机，并且画面上显示皮带的实时运行参数，同时也可以查看每条皮带的详细参数（电机电流、功率、温度等信息），也可通过事件日志查询所有的操作记录以及发生故障时自动生成报警记录等，为集控值班员提供简单、清晰、完整、易操作的人机交互平台。胶带机集控系统如下图（图2）

1.3.2 井下胶带机监控系统

井下胶带机监控系统是用组态王软件开发的。组态王是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向低端自动化市场及应用，具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点，非常适用于数量和信息经常变化的连采胶带机。画面如下图（图3）

1.3.3 视频监控系统

集控值班员可通过视频监控系统实时观察连采各部胶带机的运行情况。视频监控系统采用杭州宇视uniview系统，具有实时监控，录像存储等功能，具有高清，易设置，调用录像方便等优点。

2 系统运行关键要素

（1）工业环网。工业环网作为数据传输通道，称为自动化的血管，一旦出现故障，自动化直接瘫痪。锦界煤矿环网采用华为工程师设计方案实施，稳定性较好，故障率较低。

（2）上位机和下位机的系统。无论是上位机，还是下位机，其系统的稳定直接影响着集控系统的正常使用。上位机使用的MACS-SCADA生产控制系统和组态王相对较稳定；下位机KTC102+控制器使用可编程的单片机逻辑控制器，也比较稳定。

（3）传感器

自动化的实现，关键在于传感器的正常稳定运行，传感器相当于系统的五官，相当重要。胶带机的传感器有速度、跑偏、堆煤、烟雾、温度、联锁，只有这些传感器能正产稳定运行，才能保证胶带机的正常运转和故障时的及时停机。

3 结语

锦界煤矿连采胶带机集控自从2015年7月底改造完成使用以来，运行平稳，为矿里节约了人力资源，减少了电力浪费，为减员增效做出巨大贡献。在这自动化水平不断提高的大环境下，连采胶带机的集控也将成为必然趋势。

参考文献：

[1]袁广振，郝允领，韩保，陈鹏.基于 PLC 对采区皮带机集控系统的设计应用[J].煤矿现代化2013，（1）.

[2]丁恩杰，曹宇翾，赵燕.基于PLC煤矿井上胶带机集控系统的设计[J]，微计算机信息，2008，24（13）：19-21.

[3]孙明春，金敏.SCADA系统及其应用[J].自动化博览，2000，19（4）：12-14.

作者简介：

南海龙，1988年出生，男，甘肃省定西市人，现供职于神东煤炭集团锦界煤矿机电办，助理工程师，毕业于中国矿业大学，学士学位。