南屯煤矿主皮带集控系统升级设计

程善鹏

摘 要：皮带运输是煤矿安全生产的重要环节，皮带运输效率直接影响全矿的生产效益。一套安全、稳定的主煤流自动化控制系统不仅能够减少安全生产的隐患，而且能够提高生产效率。

关键词：集控;工业以太网;光纤传输;视频监控

中图分类号：TD67 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）13-0177-02

1 皮带集控现状

南屯煤矿目前共有11部皮带，皮带集控系统已经投入运行十五年，受当时技术、控制理念和资金等方面的制约以及设备老化等因素，现有控制系统存在以下问题：

（1）现有集控系统各分站通讯采用MPI串点连接，控制风险比较集中，故障率高。通讯电缆抗干扰能力差。地面集控室上位机经常出现通讯中断，造成集控系统网络瘫痪;上位机因为通讯故障，反应迟钝，造成操作人员下发命令，系统停止响应，停皮带不及时;皮带机处于控制盲区，给皮带安全运行带来隐患。（2）系统长期运行，一些关键元件逐渐老化，整个系统的故障率明显增多，维护量增大，给生产带来了隐患。（3）控制系统采用主从站形式连接，主站掉电地面上位机就无法连接井下PLC导致整个皮带集控系统都无法使用。（4）后续陆续增加皮带集控导致MPI网络越来越复杂，一旦控制系统某一处MPI通讯存在问题，会影响整个系统。（5）摄像仪数量少一些重要位置无法覆盖。（6）皮带沿线保护动作无语音提示。（7）电机温度、滚筒温度、减速机温度、油泵油压、电机震动等信号未采集。（8）地面集控室视频显示终端老化，不能满足现有视频系统要求。（9）主副井提升信号采集及远程监控。

综上所述，需要对当前集控系统进行升级改造。改造后系统井下PLC控制分站间采用以太网通讯，整个皮带集控系统组成一个独立的环网，便于检修维护。站与站之间的通讯介质采用光纤。

2 系统改造涉及设备

皮带集控系统升级改造涉及到的设备如图1。

3 系统升级后通讯网络构架

如图2系统构架，皮带集控系统升级后，形成1个独立的千兆环网。其中九采二分区PLC控制分站通过光纤收发器连接到九采一分区环网交换机，九采一分区PLC控制分站通过网线连接到九采一分区环网交换机;一采强力PLC控制分站通过网线连接到8#仓分煤PLC控制分站，8#仓分煤PLC控制分站通过光纤收发器连接到东翼一部环网交换机;三采东部横贯PLC控制分站通过光纤收发器连接到一采东部环网交换机，一采东部PLC控制分站通过网线连接到一采东部环网交换机;西三PLC控制分站通过光纤收发器连接到一采东部环网交换机;西二PLC控制分站通过光纤收发器连接到一采东部环网交换机;西一PLC控制分站通过光纤收发器连接到一采东部环网交换机。

地面集控室设置一台24口全千兆交换机，分别与井下千兆环网交换机、集控室计算机、解码器、网络硬盘录像机连接，通过以太网络读取控制信息和视频信息。集控室设置两台集控计算机和一台视频控制计算机，集控计算机一台用于监视及控制井下皮带集控，一台用于监视及控制装载集控系统，视频控制计算机，用于控制视频图像显示到某一块显示屏，或者分割显示，还可以访问硬盘录像机读取历史视频记录。

4 集控系统升级的主要内容及实现的功能

（1）远方控制功能。地面操作员通过集控室计算机控制皮带和给煤机的启停、故障复位、急停、开关远程送电等操作，实现井下的无人值守。（2）监测及显示功能。操作员通过集控室计算机实时监测皮带、给煤机的各种参数，同时显示井下现场操作箱实时的显示通讯状态、电机运行状态、电机电流、皮带保护状态、皮带停车原因、皮带运行速度、开关掉电原因等。（3）网络冗余功能。井下以太环网通过管理软件实现多种信号的冗余传输功能，各信号互不影响。（4）远方编程功能。调试人员可以在集控室通过专用软件STEP7，实现远方修改、调试的功能。（5）报表管理功能。上位机对各设备的运行累计时间及每次启停时间、停车原因、保护动作时间记录并生成报表。操作员可以选择时间段查询以上参数，便于生产管理。（6）保护功能。系统具有烟雾、跑偏、低速打滑、超温、堆煤、防撕裂等2016版《煤矿安全规程》要求保护。（7）保护远方屏蔽功能。当现场保护损坏时，现场又急于开车，地面操作人员可以通过上位机将相应保护屏蔽，实现应急开车。（8）网络发布功能。视频信号和集控室上位机设备参数，以网络发布的形式传入地面局域网，局域网内的任一客户端都可以查询发布的信息。（9）上位机声音提示功能。当设备出现故障时，上位机会给出相应的声音提示，故障确认后声音消失。当操作员开启设备时，上位机也会给出相应提示，动作完成后消失。（10）停车原因。皮带每次停车上位机都会显示停车原因，停车原因包括：正常停车、保护动作停车、顺启超时停车、闭锁关系停车、急停停车、通讯故障停车。（11）历史视频访问功能。通过浏览器可以访问硬盘录像机，有权限的用户可以选择时间段浏览历史视频，并支持下载。（12）电机、减速机、驱动滚筒温度、振动在上位机上显示。每条皮带实时显示每台电机、减速机、驱动滚筒温度数据，当温度过高时报警提示并自动停机（需增加温度过高屏蔽功能），需预留出其他改向滚筒温度接入端口（每条皮带按8台改向滚筒计算）。（13）实现地面控制电机磁力启动器开关切换。上位机上可以实现每条皮带驱动开关切换，即当1#驱动电机A套开关故障是，上位机可将1#驱动切换为B套开关。（14）使用调速型液力耦合器的皮带实现冷却水联动。使用调速型液力耦合器的皮带当皮带启动时，调速型液力耦合器冷却水自动开启，当皮带停止时，冷却水自动关闭。（15）预留滑轨摄像头控制接口及监控控制。后期改造方案中每条皮带均要实现滑轨摄像头监控，井下控制台预留出滑轨摄像系统接口，地面监控要实现每条皮带单独控制滑轨摄像机前进、后退、左右旋转，实现镜头放大、缩小功能。（16）实现张紧力数据采集功能。实时显示每条皮带张紧力大小。（17）上位机语音广播功能。地面上位机通过点击某条皮带或按下说话按钮后，井下相应皮带能听到地面人员语音（若暂时无法实现，可预留接口）。（18）皮带远程控制时，井下打点信号地面上位机声音及信号提示。当皮带无人值守时，井下施工人员在某一地点打点要求开车时，地面上位机上显示打点位置，有声音提示及在相应皮带上显示开车提示标志。（19）给煤机相关参数显示。实时显示各给煤机电机电流，显示电机及减速机温度及振动情况（给煤机距离PLC控制柜超过200米无法实现）。（20）盘式制动器与皮带联动及信息采集。当皮带开机时，盘式制动器自动敞开闸盘并反馈信号，皮带停机时，盘式制动器自动抱闸。采集盘式制动器闸间隙、油压力、温度等信息并在上位机上显示。（21）煤仓煤位数据显示。皮带机头操作台及上位机实时显示煤仓煤位。

5 视频监控系统

（1）根据现有集控室尺寸，需要配置16块46寸液晶拼接屏，拼接屏规格为4行4列，液晶拼接面板选用三星5.5拼缝高亮液晶拼接面板。（2）液晶拼接大屏幕可以用于显示视频监控画面和工艺流程画面。（3）拼接大屏支架选用单元体组合方式，选用铝型材框架结构，便于安装和维护，拼接屏底座采用组合机柜的方式，可以前后开门，相关的处理设备可以放置在机柜内，便于维护。（4）视频的拼接、分割、解码选用海康专用的拼接处理器来实现，录像采用海康威视128路嵌入式硬盤录像机来实现。（5）本系统完成后，最大支持128路视频存储，能实现信号的拼接、漫游、分割、报警弹屏、移动侦测、报警输出等功能。（6）可以对电视墙进行配置，通过配置可以在液晶大屏和主控计算机上实时显示前端任意一个监控点的图像，电视墙上每块屏幕可以进行1、4、6、8、9、10、12、13、16等画面分割，满足监控需求。（7）摄像机分组：为查看方便，系统平台支持按照逻辑区域、设备类别等进行分组，用户应能直观的通过列表查看到前端所在位置，提高监控操作效率。（8）轮巡：系统具备视频自动巡视功能，在可设定的间隔时间内对全网的监控点进行图像巡检，参与轮巡的对象应能任意设定，轮巡间隔时间可设置。除系统定义外，支持操作人员自己定义，编辑所需的巡视组。（9）摄像机信息设置：能设置系统内所有摄像机的标题、IP、名称、所在区域、场所等信息。（10）系统能通过统一的调整工具，支持实时设定前端设备的各种参数，如码率、品质、分辨率、制式、帧频、色彩、音量等。（11）云台和快球控制：支持方向控制、自动扫描、预置位管理、光圈焦距管理、镜头缩放;云台速度可调。（12）画面抓拍：支持将任意实时图像存放成JPEG、BMP、MPEG-4、H.264或M-JEPG格式的图像。（13）手动录像：当发现异常情况，调度人员可以根据当前情况进行手动录像。（14）回放功能：调度人员能进行本地回放以及远程回放。

参考文献

[1] 张凤珊.电气控制及可编程序控制器.2版[M].北京：中国轻工业出版社，2003.

[2] 李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2004.