S5采区主胶带机两种过载预警、停机项目的成功应用

杨全兴　程锦科　崔志勇

摘要：S5采区皮带机过载预警系统、视频智能过载预警系统的使用，通过自动、手动操作从采掘源头控制煤量，运行效果达到了设计目的，满足了安全生产的要求。

Abstract： The use of belt conveyor overload early warning system and video intelligent overload early warning system in S5 mining area controls the amount of coal from the source of mining through automatic and manual operations. The operation effect has achieved the design purpose and met the requirements of safe production.

關键词：过载预警系统;视频智能过载预警系统;自动、手动操作;控制煤量;设计目的

Key words： overload early warning system;video intelligent overload early warning system;automatic and manual operation;coal control;design purpose

中图分类号：TD634.2                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）05-0194-02

0  引言

针对制约带式输送机智能集控运行难题技术攻关之一：长距离、大运量带式输送机在重载起动时，由于涨紧动态相应不及时，导致重载启动时，皮带涨紧不能及时相应满足负荷要求，导致发生打滑、抖动、撒煤或断带现象。为了彻底解决这个问题，可以从采掘源头控制煤量，常村煤矿S5采区主皮带机通过实施：①主胶带机过载语音报警、停机项目方案;②主胶带机视频智能过载预警系统方案。两种方案的同时运用，运行效果达到了设计目的，满足了安全生产的要求。

S5采区一部皮带机为1.2米皮带，在运行过程中经常出现过载现象，导致压带事故发生，为了在胶带机过载压带前及时将过载预警信号传递给S5采区1.4米二部、三部及采掘队组皮带司机，提醒采掘队组及时控制煤量必要时及时停机，防止恶性事故的发生，特制定下述方案：

1  方案一

1.1 控制方式

为了改变和完善皮带机运输系统存在的各种各样问题，实现三条皮带同时语音报警及联锁停车功能，保障皮带运输系统安全、可靠运行，采用皮带机可视化集中控制方式进行实现，主要通过以下几个方面给以保障：

第一，实现联锁控制和语音通话二位一体的自动化控制系统体系。

第二，通俗易懂的梯形图编程语言，现场技术人员可在最短的时间内掌握编程技术。

第三，采用工业以太网（1000M）技术，主网络设置1000兆矿用隔爆光电网络交换机，子网络设置100兆矿用隔爆光电网络交换机，每台皮带机控制装置之间采用单模阻燃光缆连接，全部数据通过工业以太环网传输。

第四，主控站和分站核心部分采用德国西门子公司的PLC300系列产品，保证了控制系统的可靠性和稳定性。

第五，信息传输，控制装置提供的数据通过工业以太网传输，工业摄像机采用高清红外网络的，通过以太网传输至地面控制室。

第六，在系统中利用沿线装了矿用本安型电话机，这样只要S5采一部皮带机报警，其余2条皮带机都报警从而使整个沿线都能够听到语音提示及报警。

1.2 设计原则

①系统设备符合煤矿生产环境条件，并符合《煤矿安全规程》2016版有关要求。控制系统中相关设备具有国家煤矿质量“MA”标志和煤矿防爆“EX”标志。②控制装置和显示操作单元具有煤矿安全标志和防爆标志。③控制装置任意可以接入工业以太环网（1000M）技术构成三网合一的网络平台。④充分满足现场运行和检修要求。⑤保证整个系统运行可靠、故障率低、维护方便、程序修改灵活。⑥控制装置核心单元采用西门子S7-300系列产品，采用液晶显示器显示采集电流大小和高电流超限设置。⑦网络通讯故障可以通过地面上位机网络监管软件实现，可以定位查找故障点，监测端口流量等信息。⑧地面及井下工业网络交换机均采用国内知名品牌。采用台湾生产的MOXA品牌交换机。⑨预警信号和沿线广播可以根据皮带机运行工况进行设置。

1.3 井下皮带运输系统现有设备状况

目前，常村煤矿井下S5采区主运输皮带机有3部，其中包括：S5采区一部皮带机、S5采区二部皮带机、S5采区三部皮带机。

S5采区一部皮带机、S5采区二部皮带机用天津华宁的控制器完成就地控制和沿线急停喊话预警，S5采区三部皮带机采用徐州瑞丰科技发展有限公司的控制器完成就地控制和沿线急停喊话预警。

1.4 系统设计方案

针对煤矿井下煤流运输生产系统的特点，提出以下设计方案。

井下皮带运输集中控制系统由就地采集控制单元、通讯网络、扩播电话系统、现场设备集中控制设备组成。

1.4.1 通讯网络

本系统控制部分采用工业以太网方式通讯，在皮带驱动点位置分别安装一台隔爆网络交换机，组成1个千兆网络。

1.4.2 设备布置

在S5采区一部皮带机机头增加一台西门子系列控制箱，增加一台交换机、S5采区三部皮带机机头增加一台交换机。从而通过光纤实现S5采区1#和3#皮带机之间的数据交换，达到在S5采区1#、2#、3#皮带机全线预警并能够实现手动、自动停车。

1.4.3 过载保护实现功能

①根据矿上实际情况，需要在S5采区一部皮带机机头增加一套独立的电流采集装置用于采集皮带机的实时电机电流;用于设置电机电流的相关预警、控制参数，然后通过以太网把数据传输给S5采二部皮带和S5采三部皮带，在达到设置值时实现全线预警、根据设置值进行手动、自动选择停车。

②S5采区皮带1#、2#、3#电机电流达到一定的设置值时（通过旋转按钮设置等方式设置，要求3个电机单独分开设置，且通过显示屏观看）;开始过载预警，S5采区2部皮带机机头及沿线以及S5采区3部皮带机及沿线巷道及采掘机头都能听见，电流降到设置值以下预警信号无。预警报S5采区相应电机的过载信号。例如：“报S5采区皮带3#电机过载”等信号。

③需要停机时，S5采区一部皮带机机头司机可以在操作箱上进行选择操作选择自动或手动装态。手动状态可以选择先停S5区采三部皮带机或S5采区二部皮带机。自动状态有两种方式：1）延时先停S5采区三部皮带机，延时一定时间后再停S5采区二部皮带机，延时时间在操作箱上可以通过旋钮设置。2）延时直接停S5采区二部皮带机，延时时间在操作箱上可以通过旋钮设置。

④手动控制方式是在手动状态下，在S5采区皮带机头手动控制2部、3部皮带机停车。自动状态下按上面的两种自动方式选择后，由于联锁关系，相关的皮带机也能实现自动停止。

⑤停止后的皮带机在接到开机信号后，按原来的操作方式可以正常启动皮带。

方案具体实施步骤：在S5采区皮带机高压软起开关中装设电压、电流互感器;在S5采区皮带机头增设电流过载、预警信号显示及操作装置;敷设网线后通过光缆与S5采区二部、三部皮带机交换机连接，传递通讯信号;按照要求的设计方案编程，通过程序控制过载预警、停机信号;调试过载预警、停机信号，在操作箱上实现手动、自动控制。

具体控制操作：S5采区皮带1#、2#、3#电机电流通过触摸屏设置，现在3个电机单独分开设置，且通过显示屏可以观看，现在设置值为1#、2#为25A、3#为40A）开始过载预警，预警“报S5采区皮带电机电流超限”预警信号。

S5采区皮带过载需要停机时，S5采区一部皮带机机头司机可以在操作箱上选择自动或手动装态停机。手动状态可以选择先停S5区采三部皮带机或S5采区二部皮带机。自动状态延时先停S5采区三部皮带机，延时一定时间后，再停S5采区二部皮带机，延时时间在触摸屏上可以设置（现在设置S5采区皮带过载后，延时5秒停S5采区三部皮带机，再延时45秒停S5采区二部皮带机）。

S5采区二部、三部皮带机在过载停机后接到开机信号后，按原来的操作方式可以正常启动皮带。

通过方案一的实施，发现在取电流信号时，有时有误差，为了确保过载预警信号的准确性，同时采取了方案二，主胶带机视频智能过载预警系统

2  方案二：主胶带机视频智能过载预警系统

2.1 系统方案

智能视频调速系统主要组成：井下防爆摄像头（内置摄像机为海康威视），井上识别服务器主机（CPU：i7-8700 内存8G），井下播放主机。

安设胶带机视屏智能预警系统，由井下S5采区皮带机尾、S5采区二部皮带机尾、S5采区3部皮带采掘队组出煤口前适当位置及S5-16顺槽皮带上方的防爆摄像头、防爆分站、防爆计算机组成，通过视频系统信号，通过光缆传输视频信号到S5采区皮带机头的防爆计算机及集控室的地面计算机，计算机通过相应的视屏软件分析计算，判断此煤量会超过S5采区一部皮带的承受能力，计算结果超过设定运输能力，通过环网输出信号到井下的防爆分站，防爆分站输出节点信号闭锁顺槽胶带机，同时通过声光报警装置进行预警，通知胶带机岗位人员，必要时在超出设定值后，可以立即停顺槽皮带机。

本系统主要依靠安装在二部尾处的摄像头来进行煤量的识别，根据煤量识别的结果，结合皮带运行的速度，计算出二部皮带上100米、200米和300米的平均煤量，并记录在modbus服务器中，井下设备可以以各段平均煤量来作为参考进行预警或停止顺槽皮带的动作。

2.2 方案具体实施步骤

①S5采区皮带机尾、S5采区二部皮带机尾、S5采区3部皮带采掘队组出煤口前适当位置及S5-16顺槽皮带上方安装防爆摄像头、及指定位置安装防爆分站、防爆计算机，敷设光缆进行连接。②通过环网输出信号到井下的防爆分站，防爆分站输出节点信号闭锁顺槽胶带机，同时通过声光报警装置进行预警，通知胶带机岗位人员，必要时在超出设定值后，可以立即停顺槽皮带。③只需要根据摄像头具体情况如实配置即可，如配置错误可以点击编辑按钮进行修改，接入状态表示为是否投入算法，默认为切除（不投入算法）。注意：在本调速系统中，只有二部尾所对应的摄像头会被设置为接入状态。

实施效果：假如S5采区皮带机压带一次，翻煤处理至少需要2个小时，则出煤量将减少4000吨煤（S5采区运输能力为2000吨/时为准），按煤的价格700元/吨，则损失280万元。

减轻了皮带司机的劳动强度，在没有电流预警装置时、胶带机视屏智能预警系统时，皮带司机只能依靠眼睛紧盯着显示屏看电流，现在通过预警信号便可以掌握电流的过载情况，在自动状态下可以逆煤流停车，杜绝了重载启动时由于皮带涨紧不能及时相应满足负荷要求，导致发生打滑、抖动、撒煤或断带等恶性事故的发生。

参考文献：

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