斜沟煤矿原煤运输皮带机集中控制系统应用

2020-08-20康志华

同煤科技 2020年4期

康志华

（山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿山西兴县033299）

斜沟煤矿井下原煤生产运输主要采用带式输送机，承担着全年1 500万吨原煤运输任务，是全矿生产的关键环节。随着斜沟煤矿开采的深入，井下运输皮带的距离和数量都在增加，当前已经形成较大规模。传统的带式输送机人员操作环节多，巡视检修耗费时间长，占用了矿井生产大量的人力、物力，还有较高的安全风险，因此在2019年对斜沟煤矿主运输皮带机进行了集中控制系统的升级改造，达到了预期效果。

1 斜沟煤矿原煤主运输系统概况及存在的问题

1.1 斜沟煤矿主运输系统概况

斜沟煤矿的井下基本采掘布局分为上、下两个水平，其运输系统主要采用的是带式输送机，其中上水平及地面固定输送带共10条，水平及地面固定输送带共6条。上水平11采区下运带式输送机服务11采区，12采区上运带式输送机服务12采区，+700北翼一部、二部、三部带式输送机及15采区下运带式输送机服务小井15采区，+700南翼带式输送机服务正在开拓的13采区。五路集中带式输送机将四个采区采掘面生产的原煤运输至8#煤井底煤仓，再经1#主斜井强力带式输送机运输至1#上仓带式输送机，最后经1#上仓刮板输送机运输至地面原煤仓。下水平21采区下运带式输送机服务21采区，将21采区采掘面生产的原煤运输至13#煤井底煤仓，再经2#主斜井强力带式输送机运输至2#上仓带式输送机，最后经2#上仓刮板输送机运输至地面原煤仓。斜沟煤矿的两个水平原煤煤流示意图1和图2所示：

图1上水平皮带运输结构示意图

图2下水平皮带运输结构示意图

从图1和图2可以看出，斜沟煤矿的主运输系统2 500 m以上的输送皮带有8条，特别是+640北翼皮带的运输距离达到了6 350 m，属于超长距离运输。11盘区皮带、25盘区皮带、21盘区皮带等高差都在300 m以上，都属于大高差运输，当输送煤炭时需要制动停车时，会造成运输设备震动幅度较大，为了克服下滑力选用了液粘粘性软启动装置和液压盘式制动器的成套控制技术作为其减速制动系统，液压盘式制动器克服该下运带式输送机的下滑力，同时与液粘软启动装置配合使用，以适应该大型下运带式输送机的重载断电停车制动、重载停车后的重载启动、重载正常制动停车、空载启动等各种复杂工况，实现可靠启动、制动和安全保护，但是对这些重点区域的皮带运输情况、减速制动装置的运行状态和造成的设备损坏又很难发现[1]。往往又很难巡视和监控。综合来看斜沟煤矿的主运输系统具有距离长、数量多、结构复杂的特点，特别是长运距皮带较多，在日常操作、巡视、维护上具有较高困难。

1.2 斜沟煤矿主运输系统存在的问题

（1）目前斜沟煤矿大多数运输皮带已进行了PLC控制改造，能够实现独立控制单台主机与辅机，当初在进行PLC改造的过程中，受限于边生产边改造条件制约，只有重点区域相邻较近的少部分皮带形成了局部集控，例如图1中的1#主斜井、1#上仓及配仓刮板机已实现局部集控，但与井下北翼+700、11采区皮带均和15采区等皮带没有集控功能，其他皮带只是各自为阵独立运行，造成全矿运输控制系统的信息孤岛，不能起到有效信息互通和连锁控制，需完善现有的控制系统。

（2）对皮带电机、减速器、滚筒等设备的在线检测不完善，对于设备的在线巡监与日常维护只停留在人工阶段，以及零部件的供应无法纳入全生命周期管理。

（3）对于突发情况的应急预案在实施集控后还没有形成，如发生有异常声响、异味、和皮带着火时，仓满、堵煤、皮带撕裂等故障时，还没有形成人员调配及备品备件更换流程和预案。

（4）当前斜沟煤矿的主运输系统的日常操作、运行、巡视还是以人工为主，加之斜沟煤矿的皮带数量多、距离长，造成职工工作强度大，风险高，因此急需引入机器人系统减少安全隐患，提高工作效率。

2 斜沟煤矿原煤主运输集控系统升级改造

为了实现斜沟煤矿主运输系统联动联控，做到减人增效，提高矿井运输安全管控能力，我们分别对斜沟煤矿上水平的10条皮带和下水平的6条皮带进行了集控系统升级改造，主要对几下几个方面进行了改造

2.1 皮带控制系统的升级改造

斜沟煤矿大部分的运输皮带已经完成PLC控制的升级，但是还有部分顺槽皮带未安装PLC控制及在线监测，以及有些原来主运皮带的PLC控制器不能满足此次升级的双网通信功能也必须进行更换。因此我们采用了KXJ127型矿用隔爆兼本安型PLC控制箱对不满足要求的皮带进行的升级改造。

控制箱是整个控制系统的核心，其内包含SIMAT⁃IC S7-300系列PLC控制器（含ETH-MPI（DP）转换器卡、DP光电转换器）和网路交换机各一台。KXJ127型PLC控制器能为运输皮带提供启动、停止、复位、急停、备用等按钮及手动/自动转换开关，能够完成变频和辅助设备所有功能控制；其具有故障自诊断功能，PLC集控系统以及网络通讯出现故障时，系统能够自动判定故障源及故障类型，并发出报警；KXJ127型PLC控制器具有1路以太网接口和1路DP通信接口，能够满足集控建设的双网需求。PLC控制器与交换机结合能够将皮带输送机的所有信号、参数、监控画面通过万兆光纤宽带传送至地面集控，斜沟煤矿皮带PLC控制器的安装情况如下表1所示。

表1斜沟煤矿皮带PLC控制器安装情况统计表

同时我们还对部分功能不够完善的运输皮带更换了KXB127型矿用就地控制箱，其具有以太网通讯接口，满足集控一体化通信需求。同时就地控制箱具有就地、集控和检修等工作方式切换，当集中控制时（万能转换开关在单动或联动位置均可），通过上位机直接实现电机的启停；当需要连接外部其他设备时，可通过“外部联锁”继电器连接；当需要急停时，可按下“急停闭锁开关”，就地箱上的指示灯熄灭，运行的电机停止运行，满足了集控系统运行后的多种模式切换需求。

为了满足皮带运输控制设备和视频监控在失电后的应急操作，我们对部分没有UPS的皮带控制系统增加了UPS无间断电源，皮带在全部实行集中监控后现场将无人操作，就需要可靠电源保证应急监控操作。

2.2 集中控制系统网络建设

目前斜沟煤矿已建设完成井下宽带光纤网+4G无线宽带网全覆盖（包括21主运皮带巷、11主运皮带巷、+700主运皮带巷），实现皮带沿线覆盖，完全满足皮带通讯系统带宽要求。本次集控建设增加控制DP专网，与以太环网备用方式组成控制网络冗余系统，即PLC控制器经DP专网和环网备用方式传输、视频信息通过环网上传，PLC控制器正常工作时采用DP专网进行传输控制，当DP专网由于特殊原因中断后，将切入环网进行传输控制。保障控制系统的网络连续性、安全性。斜沟煤矿皮带集控系统的控制网络结构如图3所示

图3斜沟煤矿皮带集控系统的控制网络结构示意图

如图3中在2#主井、21盘区和+640北翼皮带等现场的PLC装置负责各水平所有单个皮带的PLC分控系统的调度指挥，每个运输皮带的工作参数统一上传至主系统PLC后，主系统根据内部的逻辑程序将指令下达到各分系统PLC，然后驱动电机及辅助设备实现各部皮带的前后联动联锁。同时在PLC控制网络的指令安全性上都采用了特殊的数据加密模式，系统上位机采用不同层级的权限登陆模式，再配合斜沟煤矿整体网络平台的防病毒入侵设备，有效防止非法入侵。

2.3 斜沟煤矿主运输系统辅助设备应用

根据各皮带的长度和摄像头的监控范围，应用矿用隔爆型摄像仪增加了岗位上摄像头的数量，实现全线监控，全面掌握现场的生产状况[2]。矿用隔爆型摄像仪使用高清彩色网络摄像头，在井下低光环境画面依然清晰。在井底煤仓、落煤点等煤尘大的地方安装了本安型除尘摄像仪。所有监控的视频信号采用基于光纤的以太网传输，画面流畅、无卡顿。

1#、2#仓上运输皮带、+700南北翼皮带、+640皮带为斜沟煤矿重点要害场所，引入了皮带巡检机器人在皮带沿线巡视，搭载各种传感器实时监测值守段的环境状况，包括：高清摄像机、瓦斯传感器、烟雾传感器、红外温度传感器、拾音器等。

2.4 斜沟煤矿主运输系统集控中心建设

全矿主运输系统集控系统设置在矿井调度指挥中心，同时把皮带主运输各项功能接入调度室一体化平台。皮带运输集控中心由上位机、scada软件系统、交换机、数据服务器、UPS装置等组成，其系统构成情况如图4所示。

图4斜沟煤矿主运输系统集控功能示意图

从图3可以看出，斜沟煤矿主运输系统集控系统能实时看到全矿井皮带运输参数、故障报警情况、各类报表、各运输皮带实时监控画面、巡检机器人的巡检结果，各PLC装置通信状态以及集成的应急管理流程和预案措施等，实现了矿井运输各环节全流程监控。皮带集控以管控平台为主进行操作控制，同时值班人员通过调度室一体化平台也可以实现一键启停操作，即顺煤流启动、逆煤流停机，还能自动完成皮带机的系统逻辑控制、保护系统监控、应急联动等[3]。

开发了主运输集控系统移动APP，做为子模块嵌入矿井统一的移动APP中，实现井下工作人员人员移动APP巡检监控，达到应急处突管理要求。

3 斜沟煤矿原煤主运输皮带机集控系统应用效果

斜沟煤矿主运输系统在投入使用后，方便了运输皮带的操作，能够提前发现故障隐患，有效的减少了影响生产的大事故发生，做到了减人提效，带来了明显经济效益，具体表现在以下几个方面。

3.1 集控系统运行稳定、功能丰富

斜沟煤矿主运输集控系统采用成熟的技术和可靠的设备，对关键设备有备份或冗余措施。系统软件有维护保障能力和较强的容错及系统恢复能力，双网双服务器的设置保证了一台服务器出现宕机不影响整个系统，确保系统在极端情况下可以长时间稳定运行。整个系统采用了分布式体系和模块化结构设计，以适应系统规模扩展、功能扩充、配套软件升级的需求，可随时依需要对系统进行扩充或裁剪，要求具有足够的灵活性。

创新型的开发了移动APP功能和WEB发布功能，通过WEB发布功能可以在矿局域网内任何一台终端机经授权后，可以查询视频监控画面，方便了各级领导职工掌握信息进行决策；通过移动手机APP结合矿区高速4G网络，职工能够随时查看每部皮带机的监控参数和图像，实时掌握生产情况，提高全矿运输效率，实现了对运输系统的有效监督和实时管理。

3.2 带式输送机运行状态实时监测

如图5所示，斜沟煤矿皮带集控系统能够实时监测每台运输电机的电流、电压、功率、频率、电机绕组温度、轴承温度、主传动滚筒的轴温等参数，同时各项参数能方便的进行报警值的设定，当检测数据超过设定值时，能及时弹出报警的画面，并根据现场需要进行报警解除或停机，同时还能在上位机中可方便的进行故障查询、报警解除、报表分析等操作。通过对皮带运输机的实时监控能够提前发现异常情况情况，运输系统故障率同期下降了30%，启停机完成时间缩短了40%，有效提高了生产效率。

图5斜沟煤矿带式输送机实时监测画面

3.3 集控系统操作方便、减人提效

斜沟煤矿的主运输皮带在过去都是在每部皮带配备两名皮带司机进行现场操作和巡视，在设备运行上是被动模式，通过此次集控系统的升级改造，井下各皮带操作司机可以全部取消，只需要一人在调度室就能够操控全矿运输皮带的启停和巡视巡检工作，每班可减少岗位司机32人，减出的人员进行转岗分流，留下少部分人成立应急抢修组，在人员投入上每年可节省691.2万元，做到了减人提效。