矿区煤炭机械化采制样系统集中控制及管理系统的设计与实现

2019-06-10胡志伟赵忠辉

煤质技术 2019年3期

胡志伟,赵忠辉

(1.煤炭科学技术研究院有限公司检测分院，北京 100013；2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013)

神东矿区现有在用胶带中部煤炭机械化采制样系统已达11套，系统分别单独控制，由此造成不必要的劳动力浪费及增加人工成本，且不利于统一掌握现场设备作业状态与开展生产管理。

集中控制、管理系统的设置可实现对矿区现有胶带中部采样运行的集中控制、关键设备及核心工作区的实时监控，通过实时语音对讲系统来实现现场人员调度。由煤炭机械化采样相关研究[1-23]可知，通过软硬件设计实现将监测、控制、调度指挥功能的有机集成，真正形成“生产集中控制及调度指挥中心”，体现现代化煤炭检测对信息化的要求。

1 系统设计

1.1 集中控制

设置机械化采制样系统集中控制室，实现大柳塔4套、布尔台3套以及上湾、哈拉沟、石圪台、榆家梁共计11套机械化采制样系统的集中控制，并预留控制接口及设备冗余，为后续其他化验室采制样系统的接入提供硬件条件。

集中控制室操作人员可根据车次、煤种等实时信息对对应机械化采制样系统进行操作控制。采制样操作连续进行，直至所需批量完成或操作人员停止系统作业为止。采样器停止，系统将自行清除采样器内的物料。监控主界面包含动态显示区、采样方式和流程选择区、原始数据录入对话框、报警弹出窗口、历史数据查询区、手动操作区、电路状态查询区、设备测试操作区，包含操作、显示和报表打印等功能。在计算机终端，录入矿种、车次、吨位、批量等信息，软件根据录入信息和预置数据库自主生成计划采样数、采样间隔等流程控制参数，由程控软件控制选定的单元设备执行采样流程；发生故障，发出声光报警和文字提示信息，统计事故地点、级别并归档[1]。

煤炭胶带中部采制样系统(上湾)监控界面如图1所示。

图1 煤炭胶带中部采制样系统(上湾)监控界面

监控主界面能够给实时显示每套机械化采制样系统的关键信息:采样周期、采样次数、系统运行状态、主胶带运行状态等。主输煤胶带开始运行后，控制系统会通过声光提示操作人员对信息进行确认，提醒操作人员将对应取制样系统启动运行，装车完成主输煤胶带停止运行后延时2 min后，取制样系统随之停止运行。煤炭胶带中部采制样集中控制系统监控主界面如图2所示。

图2 煤炭胶带中部采制样集中控制系统监控主界面

1.2 视频监控

集中控制室内设置视频监控系统，实现现有11套胶带采制样系统的关键设备及核心工作区域的实时监控。视频监控系统主要用于煤炭采制样系统中作业过程的监视，能够实时了解系统运行情况，尤其可了解关键设备的运转情况，即该监控系统可起到很好的故障预警和设备保护的作用，有利于生产管理及提高系统运行的稳定性和可靠性。

视频监控系统可实时、直观地监控煤炭采制样系统的运行情况，通过与采制样系统上位机运行监控界面的配合使用，能够实现对采制样系统的实时监控和集中控制；如发现异常情况，控制室操作人员可及时调动相关人员亲临现场解决问题，将损失降至最小，因而视频监控系统对指挥采制样现场工作具有十分重要的意义[2]。

1.3 生产调度

通过监控界面显示的系统作业信息及视频监控实时传输现场画面，同时通过语音调度系统对现场工作人员实现合理调配。控制室内设置指挥调度中心，控制室操作人员可通过调度指挥中心实现与对应化验室工作人员的通话。可通过语音广播实现对所有化验室的应急广播，或连接专业广播系统，提醒相关人员按照预案进行处理,可有效提高员工处理突发事件的能力，避免因慌乱而造成更大的损失。

2 功能实现

2.1 项目内容

2.1.1总体网络建设

总体网络采用统一的传输网络平台，解决传统监控系统的传输速率低、传输协议各异、各子系统独立组网及多异构子系统并存等问题。

2.1.2生产调度指挥控制中心的建设

(1)硬件基础:调度指挥控制中心计算机平台及网络的构建；工业电视及大屏幕显示系统建设；生产指挥语音调度指挥系统的建设。

(2)软件设计:采制样集成控制软件的设计研发；视频监控及语音通讯系统软件集成；采制样系统设备信息数据库服务器的数据备份[3]。

(3)通过软硬件设计实现将监测、控制、调度指挥功能有机地集成在一起，真正形成“生产集中控制及调度指挥中心”，体现现代化煤矿对信息化的要求。

2.2 集中控制

2.2.1总体要求

将矿区现有11套胶带中部采样系统进行集中控制，控制室设在公司办公楼内。相应的上位机操作系统、工业电视监控系统统一安装在装船采制样控制室，控制室内空间布局要合理。

2.2.2现场通信

选用高质量交换机、光纤、光电转换器等设备进行通信，确保系统控制信号延迟小于50ms，确保工业电视监控系统延迟不高于500ms[4]。

2.2.3上位机界面

对于集中控制后的共11套机械化采样控制界面进行设计研发，确保控制界面一致。在上位机增加一级主界面，主界面要求显示11套机采设备相关信息，主要包括:①设备运行情况，是否正在作业；②采样周期、切割器运行周期；③子样数、子样重量；④对应主输煤胶带的运行情况。

2.3 视频监控

2.3.1方案设计

为保证控制室操作员及时准确和全面地了解现场的作业情况，设置工业电视监视装置。视频监控系统的配置方式按照“全数字”方案设计，其主控设备为视频服务器，网络设备组成独立局域网，系统实现图像信号的数字化传输、硬盘录像等。所有视频信号均直接输入视频服务器，视频服务器将视频信号转换为计算机网络信号传输至数字矩阵，通过数字矩阵对视频信号进行整理输出。

2.3.2设备选型

每套采制样系统须分别在主胶带、初采器、给料机、缩分器、样品收集处等关键设备上安装红外线摄像头，以监视设备内部运行状况及系统内料流情况。

采制样核心工作场所每层需安装红外摄像机以实现360度全覆盖，图象信号接入ITV监控站。制样塔及控制外围安装360度云台摄像机，用于观察工作场所人员进出情况。

ITV监控站:高分辨率60英寸壁挂式液晶彩显；监控站能实现矩阵、画面分割、控制、硬盘数字录像(至少记录30 d可自动覆盖的图象信息)及回放等功能一体化。

2.3.3使用权限

此监控系统搭建完成后，其管理部门领导可通过任何一台在网的电脑对每个环节的监控视频、每一路视频图像控制及现场声音监听进行实时查看。根据平台设置的多级别访问权限，化验室领导可随时监看自己所管辖区域的视频图像，而公司领导是最高权限者，其可监控所有在网视频图像。

2.4 生产调度

生产调度即为指令通讯系统，该系统具有广播、呼叫和通话功能，将进行作业流程预告、广播呼叫及电话调度通信，以辅助控制系统对生产作业实行控制。系统设备由主机、指令端和扬声器组成，其主机安装在公司中央控制室。指令端分桌机和壁挂2种，在中央控制室等处设置桌式指令端局；在采制样作业现场设置壁挂式指令端局，作业现场设置扬声器。集中控制室现场布置如图3所示。