中国平煤神马集团八矿煤楼自动化系统的分析与研究

任智慧

摘 要：地面储装运系统主要担负着平煤股份八矿原煤运输任务，由于该系统器件多，线路复杂，故障点多，运行不够稳定，维护量大，成本高，缺少保护监测装置，无传感器，严重影响了生产效率；因此中国平煤神马集团八矿煤楼为了方便了现场管理，提高生产率、减少设备故障率，减少岗位人数，投入使用了自动化系统。

关键词：八矿；煤楼；自动化系统；传感器；胶带输送机

一、概述

中国平煤神马集团八矿煤楼储装运系统流程多、逻辑关系复杂。受当时技术水平的局限，这些设备的电机全部采用断路器+接触器+热继电器的直接启动方式，皮带机几乎没有状态检测元件，也没有如拉绳开关一类急停元件；胶带输送机没有任何保护装置，全靠操作人员在现场监控设备运行情况，设备逻辑关系复杂，流程多，大部分设备不具备联锁功能，全靠操作人员依次操作，直接影响全矿生产运行。改造后的煤楼储装运DCS集散控制系统，事故影响时间和正常停机检修时间大幅度下降，部分部件达到了免维护，提高输煤系统运行效率，减少现场岗位人员。

二、自动化控制系统的硬、软件设计

随着煤矿综采技术的发展，电气控制设备向智能化、组合式方向发展。以可编程逻辑控制器PLC为核心，GCK低压电器柜、皮带各种传感器、视频监控通讯系统，设计了储装运系统自动化控制的总体方案，制定了胶带输送机各种传感器及低压电气设备的信号处理保护功能。

（1）系统硬件设计。

储装运系统自动化控制是针对煤楼机械设备多，控制复杂，保护不完善等问题开发的综合自动控制平台。具备信号检测、控制驱动装置及直观的人机界面，以实现对煤楼储装运系统的程序控制，并完成对储装运系统各种设备常见故障的保护功能。

（2）系统软件设计。

系统软件是自动化控制系统的神经中枢，此系统采用Siemens S7-400系列PLC专用编程软件PCS7进行程序设计，该软件功能强大、易于操作、可视性强、方便用户调试与程序下载。

低压配电系统是煤楼储装运系统自动化控制的重要终端，低压配电柜系统基本内容包括：实时采集各部设备的电压、电流、功率等和各断路器的分、合状态，在此基础上实现系统的监视和控制；根据实时采集数据，进行各种模拟和计算，以决定安全和经济运行方式。由此可见，保护测控装置则是实现煤楼配电系统综合自动化系统的关键。

三、现场传感器设计、安装及视频系统

（1）现场传感器设计。

矿用胶带输送机由于工作环境和条件的复杂，容易出现突发事故。平煤股份八矿就采用安装传感器装置来及时发现皮带在运行中出现的问题，现场安装传感器有：

①堆煤传感器。用于检测胶带输送机系统中的转载点处煤流是否发生堵塞，堵塞时发出报警或停机信号，避免事故发生。②速度传感器。本系统速度传感器选用接触式。③烟雾传感器。烟雾传感器是GQQ1本质安全型烟雾传感器。用于对煤矿井下橡胶、煤尘等因摩擦起热或其它原因产生的烟雾进行检测。④温度传感器。用于胶带输送机输送带与滚筒发生故障产生高温时的报警装置。⑤跑偏传感器。此传感器能及时检测出胶带的跑偏情况，一级动作用于报警，二级动作用于停机。

（2）传感器安装。

机头安装：速度传感器，检测皮带速度，以判断是否打滑并报警、停机；堆煤传感器，若出现堆煤现象，则皮带报警或停机；滚筒温度传感器，若超溫，则报警或停机；烟雾传感器，若烟雾传感器动作，则自动打开洒水电磁阀洒水；皮带撕裂传感器，传感器动作，则报警或停机。机头、机尾安装：跑偏开关，严重跑偏时停机。皮带机沿线设置拉绳开关，出现紧急情况时，可人工拉动开关，紧急停机。传感器连线每条皮带敷设一根14芯的矿用阻燃电缆到皮带机头的防爆分线盒，再用两芯或四芯的矿用阻燃电缆连接至各个不同的传感器。

（3）视频系统。

视频监控在实现高产高效、集约化生产的环节上起着举足轻重的作用。

煤楼工业电视监视监控系统由井下/地面摄像头、视频信号传输、监控中心集中监控管理以及远程监控管理四部分组成。数字监控系统采用先进的网络视频服务器设备把视频模拟图像信号转换成数字图像信号，再通过计算机网络传输，使图像信息传输与计算机网络系统达到无缝连接。通过工业以太网交换机与矿井的计算机网络系统连接，构成数字监控网络系统。

四、研究结论及使用效果分析

（一）创新点

（1）输煤系统采用西门子DCS控制系统；（2）系统采用分布式结构；（3）通讯采用现场总线技术： PROFIBUS-DP总线技术；（4）皮带具有七大保护功能；（5）电机综合保护器集保护、测量、控制、通讯为一体，具有启动超时、短路、过载、接地等多项保护功能。

（二）研究结论

本文通过煤楼储装运系统为研究对象，对其胶带输送机故障发生的原因和常见监测方法，电气保护系统的控制功能要求、保护功能种类及动作特性做了深入研究，解决了关键问题：

（1）通过分析煤楼储装运系统各种故障原因，设计了DCS集散控制系统，采用冗余、现场总线、视频通讯等先进技术，保证了自动控制系统可靠运行。（2）以PLC作为中央处理器单元，设计了合理的软件、硬件及控制方式，能够实现跑偏、打滑、堆煤等各种保护功能，保证储装运系统自动化控制的连续性及安全性。（3）对胶带输送机的各种故障，现场增加传感器完善了各种保护，提高了保护系统的可靠性。（4）设计了操作方便的人机通道，提高了人机交互性，在工作中减少了查找和排除故障的时间，提高了工作效率。

（三）使用分析

系统采用多种现代化信息与自动化技术，系统投运使生产各环节的联系得到加强，缩短原煤中转周期，提高设备开机率。实现对现场41部设备就地/远程、解锁/联锁控制，远程对预设的17种煤流自动控制。转换出煤流程由原来40分钟缩短至5分钟，从而使系统运输能力提高约11%。综合自动化系统投运前，全矿月故障影响时间平均在40小时左右；投运后，月故障平均时间降为25小时，减少岗位人员37人，有效的提高了经济效益，实现煤矿管理的科学性。

参考文献：

[1]孙国立.强力输送胶带跑偏检测及自动调整系统研究.青岛理工大学，2006.

[2]曹光，冯宇虹.低压配电柜的技术创新及发展.上海电力，2006（4）：426-428

[3]赵松，陈东轩，陶瑞生.煤矿带式输送机综合保护装置的应用探讨[J].煤炭安全，2001，36（2）：41-43.

[4]谭得健，徐希康，陈琦.自动化技术、信息技术在我国煤矿企业的应用[J].工矿自动化，2003，1（2）：1-11.