皮带机集控系统在东怀煤矿的应用

朱赞祥 颜国勇

（百色百礦集团有限公司，广西 百色 533000）

【摘 要】井下皮带机的集中控制技术在矿井作业中的应用越来越广泛。它把多项先进技术结合为一体，极大地提高了矿井作业的效率，保证了矿井作业质量，改善了作业环境，具有很高的社会效益和经济效益。文章介绍了煤矿井下皮带机控制系统的结构、功能及特点，分析了皮带机集中控制系统的社会、经济效益，探讨了皮带机的控制和使用。

【关键词】皮带机集控系统；东怀煤矿；应用

【中图分类号】TD634.1 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）03-0105-04

0 引言

煤矿井下皮带集控系统技术在实质上是对机械运转进行安排、管理、保护的自动化操作系统。系统所采用的控制器可以用来编程，这种可编程控制器有很高的可靠性和灵活性。煤矿皮带机的控制系统是可以实现不同结果的自动化控制系统。该系统所达到的最大目标是组建成可以完全将信息化存储、系统监控、工作管理融为一体的新型自动化运行系统。煤矿井下皮带机的集控改造是存在于一定環境下的，井下的工作动作比较辛苦，而且稍有不慎就会有安全隐患，因此如何对井下煤矿皮带机集控技术进行完善是每个工作者都要突破的问题。现今，东怀煤矿已经实现皮带机运输系统现场岗位的无人值守和无人监控，这样的技术应用无疑为井下煤炭作业安全系数的提高提供了有力保障。

1 概述

东怀煤矿皮带运输集控系统主要由8条皮带机组成，分别为1#井的1#、2#、3#、4#皮带机和2#井的2#、3#、4#、5#皮带机，2013年12月25日投入使用，实现皮带机在矿调度室远程集中监控，结合已有的视频系统，构成管控一体化监控系统，并充分考虑到远、近期工程的衔接并预留通信接口，便于后期设备扩展。

2 工作原则

可靠性：控制系统设计与选型遵循技术先进、配置优化、性能可靠、经济合理的原则，完全满足现场工况环境的要求，以保证系统长期稳定运行为目标，采用先进PLC控制技术、成熟的设备和传感器。控制网络稳定、可靠，具有抗干扰措施。在控制网络瘫痪时，具有应急生产的措施。

安全性：设备满足最新版《煤矿安全规程》的要求，配置必要的保护传感器，并设有启动预告、故障报警电铃。

控制系统满足运行管理对自动化的要求，即运行生产过程中的各环节自动控制、监测和报警、自动保护、自动操作、自动调节，提高运行效率、降低运行成本，对系统的重要过程参数、设备状态等进行计算机在线集中监测，对重要设备进行在线集散控制。

硬件的选择配置符合IEC和GB有关标准，具有高性能、高标准，能满足不断升级换代的需要，而且易于扩展，操作维护简便，配套系统软件完整，整个系统有充分开发软硬件设备的潜力，系统软硬件具有开放的结构，以便今后系统进一步的扩展和开发。

操作性：既可在主站皮带集控室也可在矿调度室“一键式”实现对整个运输系统的运行控制和数据监测。既可集中控制，也可单台设备就地控制。任何一台输煤设备的停止，将会导致后续输送设备的停止。

3 系统特点

网络系统：采用国际上最先进、开放、成熟的以太网，安全可靠，抗干扰能力强，成熟开放，可与任何其他网络无缝组网。

控制核心：采用最先进的可编程控制器（PLC）作为控制核心，相比其他单片机系统，成熟可靠，广泛应用于各种控制系统。

显示装置：采用最先进的触摸屏集中显示。

保护系统：配置完善的保护传感器、跑偏传感器、拉线开关、速度传感器、温度传感器、堆煤传感器、烟雾传感器、纵撕传感器、洒水电磁阀等。

监测：对电机电流、带速、电机温度、煤仓煤位、张力等参数进行全面监测。

报警系统：配置语音扩播电话，可实现全路的启动语音预告、故障语音播报、沿线之间的语音通话。

操作：配置远程上位机，鼠标实现“一键式”全屏显示所有设备的运行状态、故障状态、实时参数、故障类型、故障时间等。直接控制闸电机，无需再配启动器。

4 系统组成及功能

4.1 主站

现有的1#井2#皮带操作台作为主站，主站除了实现2#皮带的就地控制及信息采集外，还能实现整个运输系统的集中控制、集中操作、集中显示。增设以太网通信模块，与调度室上位计实现网络传输，实现运输系统在调度室的集中控制、集中操作、集中显示。

4.1.1 主站工作方式

主站设有远控、集控、就地、手动、闭锁5种工作方式。

（1）远控：本站作为集控系统的一个分站，接收来自调度室的控制指令，自动按程序开、停。本站控制指令被屏蔽，本站只可停车，回归单机电控功能。

（2）集控：在4#控制室实现系统集控的工作方式，所有分站操作台（箱）工作方式必须均在“集控”档，并且设备没有被禁启和故障存在，才满足系统进行集控运行的启动条件。点击启动或停止按钮，所有参与集控设备将遵循“逆（顺）煤流起车、顺煤流停车”的原则依次启动和停止。

（3）就地：本操作台只实现2#皮带的就地自动控制。

（4）手动：当PLC出现故障时，转为纯继电器系统，由操作台上的对应按钮实现所有设备开停。

（5）闭锁：禁止启动。

4.1.2 主站操作台触摸屏上主要显示

（1）运输系统主画面：形象地显示所有设备及搭接关系，动态地显示每条皮带的停止状态、运行状态、故障状态（设备的运行、故障、停止状态以不同颜色区分），形象、直观、全面地反映运输系统状况，并可进入分画面。

列表显示所有皮带机的电机电流、带速等模拟量，设定和显示每条皮带的集控、就地和闭锁工作方式；集控方式下的启动、停止、紧急停止按钮；故障排除后的复位按钮。

（2）分画面：每条皮带监控画面（单机电控操作台画面）。由主画面点击后进入每个分站皮带机的分画面，主要反映各个分站皮带机的詳细运行状态和运行参数，实时监测单机停止状态、运行状态、故障状态、保护状态、工作方式；电机电流、温度、带速、煤仓煤位；电流曲线、温度曲线。

（3）通信状态。此画面反映系统的CC-Link总线通信状况，通信中断及出错分站的指示。

（4）可根据用户要求增加其他画面。

4.1.3 主站操作方式

启动：只有经过培训的人，才可以进行控制操作。当主、分站的工作方式均置于集控方式，各种保护都处于正常状态、胶带机相关设备状态满足集中开机条件时，由主站操作台实现集中启停，操作员发出“启动”指令后，运输系统按“逆煤流”自动启动[每条皮带按启动预告（时间可调）—松闸—自动张紧—张紧返回—分时（时间可调）启动主电机]每条皮带。

故障停车：运行过程中，若某条皮带因故障停止，其后皮带自动停止，其前皮带继续运行，若想停止其前皮带按下停止按钮，其前皮带按“顺煤流”自动停止，若故障皮带已正常且置于集控方式，再按下启动按钮，则从故障皮带开始自动启动其后皮带。

正常停止：按下停止按钮，皮带按“顺煤流”延时（时间可调）停止每条皮带。

紧急停止：按下紧急停止按钮，所有皮带立即停止。

若某分站不具备“集控”条件，可转为单机就地方式，就地开、停皮带，此时具有联锁和解锁选择，选择联锁时仍具有前、后级闭锁，选择解锁时不具有前、后级闭锁功能。

4.2 分站

除主站以外的皮带电控均定义为分站，分站由矿用隔爆兼本安型PLC控制箱和本安型操作箱组成，实现对应皮带的就地控制及信息采集，控制核心选用三菱Q系列PLC，设置以太网通信接口，与主站实现网络传输。

分站设有集控、就地、手动、闭锁4种工作方式。

（1）集控：设备没有被禁起和故障存在，具备集中控制条件，本站作为集控系统的一个分站，接收来自控制室的控制指令，自動按程序开、停。操作箱设“集控”指示灯，该灯亮，代表本站已被选择集控，此时本站控制指令被屏蔽，本站只可停车。

（2）就地：当不具备或不允许集控时，选择此方式，实现皮带的就地自动控制。

（3）手动：当PLC出现故障时，转为纯继电器系统，由操作箱上的对应按钮实现所有设备的开停。

（4）闭锁：禁止启动。

4.3 上位监控系统

在集控室设一台研华监控计算机，上位监控系统是运输系统的监控中心，具有数据采集、显示器画面显示、参数处理、事故报警、制表打印、PLC参数设置、控制逻辑修改、系统调试等功能。它能满足运输系统管理维护所需的报表制作。显示器画面能显示系统的工艺流程及各种参数、控制方式、运行状况、控制对象状态等。当控制对象发生故障或状态发生变化时，可以以不同颜色显示。上位监控机只有核对密码后，才能进入PLC编程功能，无需另设编程器。上位监控机采用先进可靠的进口工控产品，具有抗干扰、防辐射能力。中央处理器采用进口的芯片；显示器采用22英寸液晶屏幕，用鼠标完成所有的操作，完成运输系统的启动、正常停止、紧急停止操作，实现运输自动化。

4.3.1 显示画面

（1）运输系统整个动态画面（每条皮带的停止状态、运行状态、故障状态、每条皮带的工作方式、电机电流、带速及给煤机等工作状态）形象、直观、全面地反映生产状况。实时监测数据均可存贮于生产实时数据历史数据库中，可实现历史回显，历史趋势分析，以便进行综合分析。

（2）每条皮带监控画面（单机电控操作台画面）。

（3）各种事故追忆画面，报表可在硬盘中保存1年，实时模拟量数据和警告可保存7天。

（4）各种根据实时及统计分析数据制作的生产、计划报表。

（5）根据用户要求增加其他画面。

4.3.2 上位机控制功能

集中控制系统有2种操作方式，即调度室集中操作和现场集中操作方式。调度室集中操作方式是本系统的主要操作方式，现场单机就地操作方式主要用于设备的调试和维护。

4.3.2.1 工艺流程选择

启动前，操作员应先选择工艺流程，根据现场运输机布置情况，设置以下3种工艺流程。流程1：1#井的1#、2#、3#、4#、5#皮带机运行；流程2：1#井的1#、2#和2#井的2#、3#、4#、5#皮带机运行；流程3：1#井的1#、2#、3#、4#、5#皮带机和2#井2#、3#、4#、5#皮带机均运行。

4.3.2.2 调度室操作方式

调度室操作方式可分为集中手动及集中自动2种。

（1）集中手动方式：通过计算机鼠标器，结合工控机彩显，实现对单台设备的启停控制。

（2）集中自动方式：通过计算机鼠标器，结合工控机彩显，由程控系统根据所选流程“逆煤流”依次自动启动各设备。停机时，程控系统按流程‘顺煤流依次自动延迟停止各设备，保证设备停止时无剩余煤。

4.3.2.3 控制功能

（1）启动：上位机显示每台设备的工作方式，当每台设备的工作方式均置于集控方式时，可以进行集中控制，此时经授权的操作人员可以启动设备，启动指令发出后，运输系统按“逆煤流”自动启动[每条皮带按启动预告—松闸—分时启动主电机—软启动（若有）自动顺序启动]，若某条皮带因故障停止，其后皮带自动停止，其前皮带继续运行，若想停止其前皮带按下停止按钮即可，若故障皮带已正常且置于集控方式，再按下启动按钮，则从故障皮带开始自动启动其后皮带。

（3）正常停止功能：在作业完成后，停止该作业流程。停止顺序为“顺煤流”方向延时停止各设备，停车时间可以设定。

（3）故障停车功能：当现场的保护装置动作以后，故障设备以及下游设备立即停止运行，其上游设备经延时，待煤流排清以后依次停止运行。

（4）紧急停车功能：出现紧急情况，按下紧急停止按钮，所有设备立即停止运行。

（5）预告和禁启功能：系统具有起车预告和灵活的禁启功能。现场设备在启动过程中，系统自动通过电话发出预告信息。当现场不具备启动条件时，由岗位操作人员通过就近的任意就地控制箱发出禁启信号，系统将取消或暂停启车流程。待查明原因，排除故障后可重新或继续启车。禁起信号的产生很方便，仅需将就地控制台（箱）的转换开关从集控方式打到就地方式。

（6）故障报警功能：系统具有完善的事故报警功能。当事故发生时，语音报警系统发出语音信号。同时，显示器屏幕显示故障区域流程图，事故设备图形变色，屏幕上方用汉字显示故障性质及发生时间，并自动启动打印机记录，打印故障内容及发生时间。

5 运行状况

在东怀煤矿开采中，皮带集中控制系统（简称集中控制系统）的应用具有重大意义。具体来讲，它的作用主要表现在以下几个方面。

5.1 实现了胶带运输机集中控制的自动化

集中控制系统中地面上的监控主机不仅实现了可视化功能，而且可以对皮带机的生产管理和事故处理报表进行打印，在很大程度上提高了皮带机控制的自动化水平。

5.2 提高了皮帶机的管理效率

在日常工作中，操作人员可以利用集中控制系統对皮带机的启动和停止等进行操控，更加方便快捷。并且，在皮带机工作中，集中控制系统可以清楚显示电压、电流、煤仓、速度、堆煤保护、跑偏保护、烟雾保护等多种功能，方便了工作人员对皮带机的管理，有利于提高皮带机的工作效率。

5.3 方便皮带机的检修工作

在皮带机运行过程中，集中控制系统的应用还有利于工作人员对皮带机的维修。具体来讲，首先，集中控制系统中详细显示了皮带机的运行速度、开停时间、运行时间及主要保护等，当皮带机出现故障的时候，我们可以依据这些相关信息对其进行维修。其次，由于皮带机中设置有传感器、智能I/O等装置，当井下的皮带机出现问题的时候，集中控制系统可以实现自动语音报警功能，以便我们及时停止皮带机的运转，并采取相应的处理措施。由此可见，集中控制系统也可以为皮带机的维修提供良好的条件。

6 经济效益

经济效益主要是减少人员的工资和减少开空机时间所节约的电费。

6.1 人员工资

除主控室（1#井2号皮带机）人员不变以外，其他1#井的1#、3#、4#皮带机和2#井的2#、3#、4#、5#皮带机人员由原来的4人减少到1人，人员减少了21人，工资按4 500元/月计算，使用到现在共节省工资179.55万元。

6.2 空机节省电费的金额

投入集控以来，每天开机时间减少0.5 h，现在已使用了560 d，每个小时开空机的耗电量为660 kW·h，电费按0.7元/ kW·h计算，共节约电费12.9万元。

投入集控以来，节省人员工资和电费共计192.45万元。

7 结论

经过实践证明，皮带机集中控制系统在东怀煤矿的应用效果良好，可以提高系统的安全性、可靠性和工作效率，减少操作和维护人员，并为生产和调度管理提供方便，同时也降低了电耗、减少设备磨损、有效地保证安全生产的需要，具有很好的推广和使用价值。

参 考 文 献

[1]李碾峰，杨光.煤矿井下皮带机集控改造及应用探析[J].中国高新技术企业，2013（32）.

[2]上海建煤自动化有限公司.东怀煤矿主运带式输送机集控系统设计[Z].2012.

[3]广西工业设计院.东怀煤矿矿井设计说明书[Z].2013.

[责任编辑：陈泽琦]