煤矿井下主运自动化系统改造设计

□□ 朱娟娟

(山西职业技术学院，山西 太原 030006)

引言

由于带式输送机运输量大、效率高、结构简单、便于维护等优点，已成为煤矿运输的核心设备，承担着煤炭的运输工作，在整个煤矿开采过程中占据着重要地位。安全高效、集成化、自动化程度高的主运输控制系统可大大提升煤矿企业的工作效率、管理水平和经济效益。某煤矿主运输系统由于战线长、人员多、控制设备老化、通讯系统陈旧、自动化程度低，已影响到企业生产。因此，对其主运输系统进行改造，以PLC控制为核心，由以太环网实现通讯连接来实现主运输系统的集中控制[1]。

1 煤矿井下主运输系统介绍

该煤矿井下主运输系统控制的主运设备包含13部皮带(北皮带、北东一部、北东二部、北东三部、北东四部、东南一部、东南二部、南东皮带、暗斜井、下仓皮带、上仓皮带、正南一部、正南二部)，1部给煤机，4部除铁器和2部破碎机，运输距离约为9 660 m。主运输系统运输路线长、人员多，所有皮带均由岗位工作人员现场控制；绝大多数设备由皮带防护箱控制，而防护箱没有通讯接口，无法实现集中控制；通讯系统采用的是老旧式电铃，通讯效果差；传感器可靠性不高，低速传感器损坏频繁，同时还缺少电流、电压、温度、仓位等的检测设备；运输系统没有视频监控系统，不能实时在线监测设备故障，而需要人工巡检。以上因素导致整个主运系统自动化程度低，不利于提高劳动效率和安全管理水平，亟需对其进行集控系统改造[2]。

2 煤矿井下主运输系统改造设计

随着自控技术、计算机信息技术、信号检测与传输技术、通讯技术及现场总线技术等的快速发展，皮带运输集控系统日趋完善，极大提升了生产安全性、生产运行效率，实现了皮带运输系统控制与管理的高度自动化[3]。

2.1 集控系统

改造设计中以结构简单、性价比高、安全可靠、功能完善、易于维护为原则，将所有井下带式输送机全部采用集中控制方式，配置PLC主机进行集中控制，整个集控系统可实现就地单机控制(主机及辅机)，也可在集控中心集中一键起停皮带，同时为后期留有扩展空间。主控系统采用“PLC、操作台、计算机”相结合的监测控制方式，以西门子S7-300PLC控制为核心，利用煤矿原有以太环网进行联网，实现各控制分站与调度中心的通讯，通过调度中心上位机进行地面远程控制，可靠地实现了控制、拖动、监测的无缝连接，同时可对带式输送机所有运行数据进行监测与控制[4]。

每部皮带机均配置PLC控制柜、防爆摄像仪、防爆千兆交换机、皮带保护、电压检测模块、电流检测模块、温度传感器、振动传感器、制动器、到位检测传感器及智能通讯系统，还可实现对皮带堆煤、跑偏、灭火洒水、低速、烟雾、纵撕、张力下降等情况实时监测。集控系统网络拓扑如图1所示。

图1 集控系统网络拓扑图

2.2 皮带操作控制系统

控制系统有两种控制方式，一种是有联锁(集中)控制方式，另一种是解锁(就地)控制方式，二者可相互转换，但不会同时动作。正常生产时，在集中控制方式下，由集中控制室操作，通过主控PLC下达指令；检修与单机运行时，采用就地控制方式(现场手动)。两种方式的选择，均可在连续生产设备的现场就地控制柜上进行指令交换后完成。

在手动控制情况下，可通过现场操作台上的起停按钮来实现皮带的起停控制以及多台电机的力矩平衡。同时可与其他皮带联锁控制，皮带的打滑、跑偏等沿线保护全部可投入运行。

在自动运行情况下，由PLC程序实现控制功能，可在集控中心控制整个系统。在集控中心发出命令来实现皮带系统的起停控制，逆料流启动皮带、顺料流停止。系统自动实现对变频器、辅机设备等的控制功能以及力矩平衡，且整个系统的保护功能可全部运行。

在就地检修工作方式下，皮带机可进行低速验带，其速度<0.2 m/s,这样便于检修人员开展检修工作，此时，各种保护可按工艺需求有选择地投入运行，也可以实现就地单机控制，以便于进行检修，各种沿线保护不运行，只运行停车保护。

2.3 远程监控系统

整个控制系统各PLC分站通过网络接入集控系统，由上位机进行远程监控，可实现以下三方面的功能。

(1)管理功能。生成皮带控制的整个工艺流程，为操作人员提供直观形象、清晰、易于操作、人性化的人机界面，画面能够生动形象地反映全部工艺流程、显示现场的实时数据，并可实现实时/历史数据、实时/历史曲线、报警记录等参数显示、查询及保存。

(2)通讯功能。上位机通过通讯线缆，采用标准通讯协议，实现现场控制站通讯，并通过局域网实现系统所有运行数据的实时交换与共享。

(3)设备监控功能。操作人员可在集控中心实时查看设备的运行情况，也可对部分设备进行操作控制。如可显示整个系统皮带运行情况、每台电机运行情况、每台电机电流和电压值、故障报警值、变频运行参数等。

同时，为了便于直观了解皮带的运行情况，显示实时数据，系统设计了设备状态流程画面、棒状图、重要参数数据监控画面、事故显示记录及控制操作画面。

2.4 皮带沿线视频监测系统

为适应煤矿发展的高标准要求，创造安全的矿区环境，依据配置合理、留有余地、性价比高、安全可靠等原则进行了视频监控系统改造。在皮带下料口、驱动位、沿线和井下给煤机机头等重要位置安装了38台摄像仪，摄像仪选用KB127矿用隔爆型网络摄像仪，通过光纤进行信号传输，信号稳定、成像清晰。在集控室安装了视频显示终端和存储设备，对视频图像进行存储和显示。同时系统留有RJ45网络接口，为煤矿综合自动化系统留有扩展空间。视频监控系统拓扑图如图2所示。

图2 视频监控系统拓扑图

2.5 语音调度通讯系统

遵循先进性、实用性、可扩展性和可靠性原则，改造设计中为系统配置了一套数字式调度总机及广播系统，在各皮带沿线设立扩音电话，同时可接入地面电话，以便于调度人员指挥生产。通过调度通讯系统实现全矿的语音广播。

3 结语

此改造设计方案，设计合理、自动化程度高、使用方便、安装操作简单、易于维护，能满足带式输送机常规起动、重载起动、自动张紧等多种复杂控制和综合保护要求。除能实现单机控制外，还具有网络通信接口可进行数据传输，实现输料系统集中监测及控制功能。