煤矿矿井皮带自动化改造设计与实践

黄传升+倪峰平

摘 要：矿井自动化生产系统解决煤炭生产与辅助生产系统的自动控制，能够实现在地面调度中心监测一线生产工艺数据及设备运行状态，为矿井安全生产提供设备保障；能够实现远程控制，减少危险场所投入人员，增强矿井安全生产能力。

关键词：自动化； 无人值守； 撤人； 集控环网监测

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.077

1 概述

1.1 现场概况

王楼煤矿井下原煤运输系统分为北翼主运系统、三采区主运系统、二采区主运系统和七采区主运系统。其中北翼、二采区和七采区运输系统为接力运输。三釆皮带担负着三釆区原煤运输及分仓任务，同时担负着三釆矸石运输分装。北翼皮带配有配仓运输皮带，为主井1号和2号仓分仓所用，同时担负著二釆区及七釆区原煤运输任务。二釆皮带担负着二釆区原煤运输以及七釆区原煤中转，同时担负着七釆矸石运输分装（由二采机头矸石皮带分运）；七釆主要为七釆区原煤运输服务，设配仓皮带一条用于原煤及矸石分仓。系统中七釆中转煤仓两个，矸石仓一个；二釆区中转煤仓一个，矸石仓一个；主井提升煤仓两个，副井提升煤仓一个，三釆矸石仓一个。

1.2 设计方案现场调研

经过对井下胶带机集控现场调研现场情况汇总如下：

（1）井下四条强力皮带分别为三采、北翼、二采、七采皮带，现已有单机控制系统，为天津华宁所做。四条皮带单机控制系统运行正常，机尾给煤机没有接入单控系统，系统没有接入井下环网，控制主机具备有RS-232通讯接口。

（2）剩余的其他设备包括：三采配仓皮带、北翼配仓皮带、北翼机尾破碎系统、矸石皮带、七采配仓皮带等也需接入集控改造系统。

（3）现用的煤仓煤位计未纳入控制系统中，煤位计共需要安设9台，已经安设5台（常州三恒4台超声波物位仪，济宁华瑞1台雷达物位仪），需增补4台物位仪。

（4）摄像仪：井下煤流系统中现仅安装了2台模拟摄像仪，远远达不到地面集控要求，根据现场计算需在关键位置安装19台矿用彩色高清网络摄像仪。

（5）附属设备：2台气动翻板非电动需自行改动后方可接入；1台电动分矸器、七采转载皮带预留点及接口，现场所有翻煤板都需要改造成电动控制用于接入系统。

（6）井下环网，用的是天地常州KJJ31环网接入器，内置MOXA百兆光电口，井下百兆网络已严重制约了各子系统的通讯传输，特别是井下防爆摄像仪的应用及传输，影响整个矿井自动化水平；需要进行矿井环网系统升级改造。

2 系统性能及特点

2.1 系统功能

（1）地面集控室全面控制整个煤流系统设备，包括皮带、给煤机、破碎系统及其他附属设备。

（2）地面集控室系统建设语音通讯系统，井下皮带沿线实时通话、打点、故障及启停预警等。并与集控室语音通信系统主机连接，实现井上井下实时语音传输。

（3）地面集控室将可实时观察整个井下煤流系统关键位置的视频信号并存储，全面了解井下煤流系统中关键点设备的运行状况。

（4）地面集控室上位机可直观地显示各被控设备的工作状态及运行参数，系统设备的工作状态，显示功能丰富。

（5）完善的操作记录和事件记录功能。

（6）系统具有完善的设备故障自诊断功能。

（7）井下集控点操作台具有集控启停整个煤流系统设备的功能。

（8）井下集控点具有视频煤系统流关键位置视频显示及存储功能。

（9）井下集控点具有15英寸彩色防爆兼本安型显示屏，直观显示各被控设备的工作状态及运行参数。

2.2 系统特点

2.2.1集控方案采用“调度室上位机+主集控台

（中央煤仓）+副集控台（各地点机头）+分布式子站”的网络结构，系统采用工业总线技术（PROFIBUS）和光纤通讯介质，实现与各控制设备及综保等组成分布式集成控制系统。其中主集控台负责整个系统的监测与控制及中央煤仓运输系统子站、给煤机监测与控制；副集控台运输系统子站的监测与控制。通信网络系统数据传输采用PROFIBUS现场总线技术，传输介质为光纤，负责各分站与主副站、主副站之间、主副站与上位机间的通信，将现场设备采集到的信息以及程序的内部的信息传送到地面上位机管理系统，同时也可将上位机系统发出的控制指令传送到控制器。

井下视频系统以光纤为传输介质，采用点对点方式把井下视频信号传送至主控室和地面调度室，通过视频技术和图像处理技术实现实时监视。

2.3 系统特点

（1）设备前期改造依托天津华宁皮带主控系统将现场设备参数调用，用于前期改造设备井上集中控制；后期采用国际知名厂商西门子主流S7-300系列PLC作为控制站，系统控制性能高，可根据现场需求灵活控制CST、偶合器、变频器等多种驱动设备；两套系统互相补充充分发挥集中控制改造有时。

（2）人机交互性能友好。井下集控点配置了防爆液晶显示器，可图文显示工况信息；配置了多个控制按钮，实现设备单点调试。确保现场人员安全。

（3）胶带机控制系统实现多条胶带机或设备的集中控制和监测，可靠性高、维护量少。

（4）系统通讯构架采用以太网通讯方式，具备以太网光口及网口。避免使用多种通讯互转，减少故障点，增强系统稳定性。

（5）井上井下实时语音通讯功能，为系统远程操作的安全性提供了有力保障。

（6）视频存储功能，在井上集控室井下集控点都具备煤流关键位置的视频实时图像及视频存储功能，实时了解设备的运行状况，保证了设备运行中的安全性。

（7）工业以太网技术：具有丰富的组网集控功能，方便地接入全矿井的综合自动化系统。

3 实施后效益分析

（1）提高了安全性。主要生产环节具有话音通信、视频监视；实现自动化运行，大大提高系统运行的安全性。

（2）提高了生产效率。自动化系统实施使各系统逐步转换为集中控制，通过对系统整体调度，提升了系统运行效率。

（3）实现了节能降耗。自动化运行，减少设备空转时间，提高设备开机率，实现了节能降耗。

（4）实现了减人提效。通过自动化系统的运行可以对部分岗位进行减岗或并岗。系统改造完成后，一条皮带设一名巡检工，用于应急控制。所有的控制逐步由汇聚点集中控制到地面集中控制转变。根据王楼矿实际计划，一条皮带可减下2-3人，减下人员可调整到其他岗位。