山西某矿主运输系统智能化集中控制节能降耗方案研究

杨静波

（山西兰花同宝煤业有限公司，山西 晋城 048407）

引言

本文针对某煤矿运输系统的自动化集中控制需要，拟设计该方案并进行研究分析[1-4]。选用本方案（皮带集控）实施后，可实现一个操作人员完成整个巷道皮带运输系统的监控管理工作。同时，将现有的专职操作人员节省出来，分配到其他岗位，如沿线巡检、设备保养与维护、现场清理等工作；从而更加有利于现场安全管理，减少设备故障率，延长设备使用寿命。采用本方案，可有效降低管理成本，提升生产效率和安全保障。

1 某矿主运输系统概况

某矿以生产原煤为主，矿井生产能力120 万t/年。矿井有工作人员511 人。矿井机械化程度较高，自动化程度极低，机械设备全部靠工作人员操作。其中主运输系统由6 条皮带、1 套给煤机组成。皮带包括上仓皮带、主斜井、16111 运输巷皮带机（4 条）。系统目前配置情况如下：上仓皮带机头设置1 套天津华宁的主控制器，用于控制上仓皮带、主斜井皮带。华宁主控制器提供RS232 接口。在皮带机头设置1 套主控制器，用于控制运输巷皮带机（4 条）。目前6 条皮带都采用工人手动就地操作模式。给煤机采取工人就地手动操作模式，无煤仓煤位监测传感器。不能实现6 条皮带的联锁启动、停止功能。部分电气参数采集不全，缺少电机电流、电机温度等参数检测。

该矿主运输系统主要存在以下几个问题：

1）人员紧缺。近年来矿井工作人员流失严重，导致矿井人员严重不足，工作人员多为一人多岗，劳动强度大，安全隐患及安全事故率极速升高。

2）能源浪费。矿井机械化程度较高，自动化程度低，机械设备全部依靠工作人员操作运行。由于受人员技术水平、操作水平及岗位敬业程度等因素影响，设备空载运行情况较为普遍，电能能源浪费严重，能源利用率低，直接导致原煤生产成本提高。

3）设备故障维修困难。煤矿生产现场环境极差，机械设备出现故障后，排查故障较难，同时受到环境条件限制，故障处理需花费时间较长，严重制约矿井生产效率的提高。

针对上述问题，结合国家提出的“机械化换人、自动化减人”要求，该煤矿申报了主运输皮带机智能化集中控制节能降耗项目并进行实施。

2 煤矿运输皮带无人值守集控方案

2.1 控制方案

1）在上仓皮带机头旁主控制器旁边增加PLC 控制柜一面，内置S7-300 系列PLC 模块，同时配置MODBUS 通信模块，用KTC-101 主控制器进行通信，读取皮带保护、沿线闭锁信息、皮带预警等信息。

2）在皮带机头的主控制器旁增加防爆兼本安型控制箱一面，控制箱内配置电源模块、协议转化模块（主控制器的RS232 信号转化为以太网信号）、光电转化模块（用于光、电信号转化）。通过防爆兼本安型控制箱将主控制器RS232 信号转化成以太网信号，通过光纤将数据上传至新增加PLC 控制柜，从而实现运输巷皮带主控制器所控制4 条皮带数据的上传及远程控制。

3）PLC 控制柜内内置一定数量的模拟量和数字量模块，用来采集煤仓煤位以及后续扩展的电机电流、温度等参数，同时通过PLC 实现给煤机的远程控制功能。

4）增加料位开关1 台，实现对煤仓煤位的实时监测。

5）增加PLC 程序控制，实现主斜井、上仓皮带以及其他皮带的就地/远程的单条启停和一键式联锁启停功能。

6）完善主运输系统的视频监控部分，实现对井下皮带机头、机尾的视频监控功能。在井下各皮带的机头、机尾增加相应的摄像头，实现对井下主运输系统的全面监控。

7）通过对现有皮带沿线语音喊话系统改造，实现调度电话与皮带沿线电话通话功能。

2.2 功能的实现

可实现一个地点集中和就地控制皮带运输机及给煤机等设备，实现一键启停皮带运输机。实现分布式独立启停4 部运输机，实现对皮带运输机、运行信号、传感器信号实时监测。实现对所控设备机头机尾、重要搭接点位置24 h 不间断高清视频监控，实现皮带运输系统起停车预警语音播报，实现与第三方系统的信号互联。

2.3 集控系统拓扑结构

集控系统拓扑结构，如图1 所示。

图1 集控系统拓扑结构

3 应用效果

皮带机集中控制系统投入使用后，具体效果如图2所示。

图2 主运输系统电机功率及节约后耗电量

1）节约电能。主井皮带机功率800 kW；运输巷4部皮带机功率450 kW；上仓皮带机功率90 kW；给煤机功率11 kW。合计功率为800+450+90+11=1 351 kW，按每天节约开机时间1 h 计算，每天节约电量1 351 kW·h，每月节约电量40 530 kW·h；每年节约电量486 360 kW·h。

2）节约人员。主运输系统线路原配备操作人员7人。经过自动化改造后，7 名操作人员解放出来，现配备沿线巡逻人员2 名，调度室集控值班人员1 名，合计用人3 名，节约人员4 名。按照矿井员工平均收入12 万元/年计算，节约人工费：12 万元/（年·人）×4人=48 万元。

4 结语

对某矿主运输系统进行了集中控制节能降耗的升级改造，可实现一个地点集中和就地控制皮带运输机及给煤机等设备，实现一键启停皮带运输机。改造后节约1 h，用电方面能节约480 360 kW·h，节约人工成本费48 万元，该煤矿主运输系统改造后便于值班人员及时调度和检修，为主运输系统的无人值守安全运行、稳定运行提供了有力保障。