阳煤一矿井下全煤流皮带集控研究与应用

2018-09-18高胜

机械管理开发 2018年9期

高胜

（阳泉煤业（集团）有限责任公司一矿，山西阳泉 045008）

引言

阳煤一矿始建于1953年，1956年7月21日正式建成投产，设计生产能力为2.40 Mt/年，自投产以来，经过不断扩建改造，生产能力逐渐提高。2015年5月山西省煤炭工业厅以〔2015〕第430号公告文件对阳煤一矿生产能力等相关生产要素信息进行变更登记和建档，核定阳煤一矿生产能力为7.5 Mt/年。按照2016年5月国家煤矿安全监察局、国家发展和改革委员会、国家能源局联合发布公告（2016年第1号），阳煤一矿公告生产能力为6.30 Mt/年。

该矿采用主斜井强力皮带机进行煤炭运输，井下全部实现皮带机连续运输，北翼安装七部皮带输送机实现井下煤炭运输至地面。由于皮带机数量多、用电设备功率大、电压高、对电网冲击大、对电控系统的电磁干扰大，因此设计运行高效率、安全可靠、高技术水平的皮带机控制系统是皮带机控制设计的一项重要工程。

1 皮带机运输现状及改造必要性

阳煤一矿井下原煤运输方式为皮带运输机，2015年新安装北冀第四、五、六条皮带机，这3条皮带机已实现集中控制方式，但第六部皮带机的给煤机及后续的第七部皮带机仍由工人井下就地操作，各皮带机的运行数据只作为就地控制系统自身用，形成信息孤岛，无法将参数进行上传与现有的监控检测系统并网，达到集中控制和显示的目的。

进一步完善第四、五、六部皮带机的驱动设备的故障检测与预警装置，将第六部机尾的给煤机、第七部皮带机及所属给煤机纳入集中控制系统，并可将所有设备的运行数据信息接入工业以太环网，达到集中控制和显示的目的。

2 改造目标

在原北冀原皮带机控制系统的基础上可无缝接入第六部机尾给煤机、第七部皮带机及其机尾的给煤机等设备，在四部机头的集中控制显示屏上可监测、监控新增设备的所有状态信息。系统建成后要具备在四部皮带机机头及地面集中控制室集中监测监控接入的所有设备的功能，同时所有设备具备联锁功能。皮带机集中控制系统，见图1。

图1 皮带机集中控制系统

3 改造内容

根据该矿现场情况，结合本集控系统的特点，组态硬件如下：

1）四部机头主站不作变更，仍是整个控制系统的控制核心，用于集中控制所有皮带机、给煤机，承担着与其他皮带机机头设置的从站通信以及与地面PC上位机系统数据交换。

2）在第七部皮带机的机头部位置增加1台KXJ1140（660）矿用隔爆兼本安质全型可编程控制箱以及配套的TH18本安型操作箱、本安人机界面。本站是七部皮带的控制核心，是整套系统的从站，承担着与主站通信（包括用于控制给煤机的下位机），而且对皮带机实现直接控制及保护，拥有工业以太网、profibus、Modbus等通信接口。

3）在第六部机尾和第七部机尾设置矿用电气控制箱，作为对应机头控制箱的从站，用于监测监控给煤机。

4）在第四部及第七部皮带机机头煤仓安装雷达位计，用监测煤仓内煤的高度，当煤仓内的煤达到设定高度时可按照预设要求进行预警或停车。

5）对第四、五、六、七部皮带机机头增设一氧化碳传感器，同时接入原控制系统，当一氧化碳浓度超过预设值时进行预警或停车。

6）对第七部皮带机沿线增设采用带U形销的电缆可快速连接拉线急停、扩音电话、撕裂传感器、跑偏、视频摄像头等传感器。

4 关键技术

本系统中使用了三层工业总线：底层PLC设备控制层、区域控制层和上层管理与远程网络监控层。一矿北翼皮带连接网络示意图，见图2。

图2 一矿北翼皮带连接网络示意图

底层PLC设备控制层在硬件设计上，分站选取西门子的S7-300可编程控制器，对其扩展CP341模块采用485-MODBUS通讯总线实现对拉线急停、跑偏保护、纵撕保护的数据采集，同时扩展模拟量与开关量模块用于采集机头各传感器的保护信息及对现场设备的控制。软件设计上，形成了皮带机的启停控制和故障检测控制，故障检测程序通过对故障信号的检测实现故障停机保护。区域控制层是各皮带机头放置的KXJ1140可编程序控制箱内选用S7-300PLC加以太网模块CP343-1进行以太网通讯，组建PROFITBUS-S7总线网络。上层管理与远程网络监控层采用工业以太网组网实现数据与上层组态软件的传送，从而实现对皮带机电控系统的监视与控制。