煤矿智能带式输送机运输系统设计

2023-11-23王立峰姬玉涛

今日自动化 2023年7期

王立峰，叶华，魏景，姬玉涛

（宁夏银星煤业有限公司，宁夏银川 750004）

《2022年能源行业标准计划立项指南》明确提出，将煤矿数字化、智能化领域进行重点立项。由此不难看出，智能化是煤矿建设未来的重点指向[1]。煤矿主运输系统是煤矿原煤生产的主要组成，意味着其主运输系统的数字化、智能化建设面临机遇与挑战。文章主要以宁夏银星煤业全煤流运输系统为例，研究煤矿智能带式输送机运输系统及相应智能技术在生产中的应用，以期解决智能化发展困境，为相关研究提供参考。

1 目标范围

1.1 建设目标

通过建设基于人工智能视频识别的带式运输机煤量监测保护和固定场所识别保护系统，解决传统工业电视监控系统因部分固有因素的限制而带来的诸多问题，缩短突发事件的响应时间、提高报警系统的精确度，实现皮带运输和固定场所机电设备的安全、高效、节能运输，为银兴煤矿的安全生产提供保障。

1.2 设计范围

（1）胶带主运输系统智能化改造。对银星一号煤矿主运输系统9条固定式胶带输送机及相应的6台给煤机进行改造，实现智能联动、全煤流集中控制、语音通话及视频监控，达到无人值守目的。

（2）地面筛分系统改造。现场配置PLC（可编程逻辑控制器）控制柜，接入系统原有的皮带、振动筛、破碎机及液压推杆等设备的控制和保护信号，实现筛分系统的远程监控及各设备间的智能联动。

（3）架空乘人装置数据接入。配置信号转换装置，对原架空乘人装置控制系统进行数据接入，达到无人值守的目标。

（4）建立运输集控中心。新建运输集控中心，包含服务器机柜、UPS（不间断电源）、操作台、工作站及视频系统等，并新建自动化控制平台。

（5）视频智能分析功能。对皮带输送机安装具备AI 功能的监控摄像头，通过AI 视觉算法对皮带输送煤量实时识别，并控制PLC 电机，实现节能和降低设备损耗。通过AI 视觉算法实现主运输系统危险区域人员闯入告警功能，实现安全生产。

2 全煤流运输系统特色

2.1 全煤流集中控制解决方案

KJ793矿用煤流智能化集控系统是宁夏银星煤业针对矿井全煤流远程集中控制开发的综合性解决方案，适用于地面生产系统、主斜井皮带、运输大巷皮带、采掘工作面皮带及刮板机等，具备监测、控制、通话、故障检测及语音播报功能。

2.2 精确定位故障

皮带沿线扩音电话能够智能准确播报故障状态和故障位置，便于快速处理问题。

2.3 语音对讲与互联互通功能

语音对讲便捷，可实现井下皮带沿线语音设备与地面语音设备的互联互通。

（1）井下扩音电话相互间、扩音电话与控制主机间可以进行语音对讲。

（2）井下扩音电话、控制主机分别可与地面广播分控终端进行语音对讲。当地面有需要时可及时与各条皮带沿线喊话，扩音电话也可随时向地面喊话，实现双向的互联互通。

2.4 皮带智能显示功能

系统控制中心为可编程控制箱，具有10.4寸显示屏，可模拟显示皮带的动态画面、保护状态、设备及电话在线状态、传感器数据。控制箱可设置数据参数与报警值方便皮带实时调节，单皮带控制分站具有液晶显示屏，可显示皮带运行状态、传感器数据等，还具有参数、滤波延时设置功能。

3 运输系统方案设计

3.1 系统现状

3.1.1 主运输系统

银星一号煤矿主运输系统主要由9条固定式胶带运输机构成，分别为14采区12煤运输上山皮带、井底煤仓转载皮带、14采区集中运输斜巷皮带、1050运输大巷皮带、1110 上仓皮带、1150 集中运输大巷皮带、1200运输石门皮带、三煤运输联络巷皮带及11采区主井皮带。每条皮带就地控制均采用PLC 控制柜+变频器控制柜+华宁皮带保护器，目前仅能实现就地单条皮带的控制及传感器采集功能，不能实现上下级皮带间的联动及远程控制功能。

3.1.2 给煤机

目前主运皮带上共6个煤仓和6台给煤机。其中，11采区3台，现已完成集控系统改造，具备上位机通过OPC（工业标准）协议接入功能；14采区3台，目前正在进行智能化集控改造。

3.1.3 地面筛分系统

银星一号煤矿地面筛分系统用于将主驱皮带来的煤进行破碎、筛分、去矸石，并将最终的末煤送入末煤仓，将矸石送入矸石仓。当前筛分系统中的皮带、振动筛、给煤机、破碎机、电液推杆插板阀及电液闸阀等多数已经配置了电控装置，相关设备已接入AB-logix 集控系统，银星一号煤矿地面筛分系统主要用于洗煤厂集控，筛分系统由现场操作人员手动操作。

3.1.4 架空乘人装置

银星煤矿共有4部架空乘人装置。其中11采区2部，控制方式采用PLC 控制柜+变频器+电磁启动器的形式。系统工频运行时，采用电磁启动器驱动。系统变频运行时，采用变频柜驱动。现场PLC 控制柜无远程通讯接口，不具备远程集控条件。14采区架空乘人装置2部，具备远程集控接入条件。

3.2 主运输智能改造方案

3.2.1 智能化改造系统架构

银星煤矿皮带运输系统智能改造架构如图1所示。

图1 银星煤矿皮带运输系统智能改造架构

3.2.2 详细改造说明

（1）集控中心点改造。在11采区主斜井皮带地面机房内配置1台矿用隔爆兼本安型可编程控制箱，将其作为全煤流运输集控系统的控制主站。在主斜井机头集控室配置1台矿用本安型操作台，通过其控制按钮和触摸屏，实现对运输系统所有皮带的联锁启停控制及状态监控[2]。

（2）固定式胶带输送机改造。银星一号煤矿主运输系统的9条固定式胶带输送机分别配置1台矿用隔爆兼本安型可编程控制箱，通过RS485（智能仪表）与华宁皮带保护器进行通讯，采集皮带保护（如急停、跑偏、撕裂、张力、烟雾、温度、堆煤等）传感器数据。

3.3 控制方式设计

3.3.1 集中自动控制

（1）就地集中自动控制。由于主斜井皮带机头操作台老旧，建议更换操作台，增加控制设备数量，实现带式输送机集控系统所有设备的自动联锁控制。即完全由PLC 根据设定的逻辑过程对整个系统进行集中自动控制，各设备的运行满足连锁逻辑的要求，所有保护均投入使用。

（2）远程集中自动控制。通过远程监控站的监控软件实现带式输送机的一键启停控制、联动控制。正常情况下系统均以此种方式运行。

3.3.2 远程/就地单控制

可根据需求选择远程启动或就地启动，可在远程调度室或现场对单台设备进行启停控制。

4 给煤机集控系统智能化改造

4.1 11采区给煤机接入

11 采区的+1110 给煤机、+1150 给煤机、+1200给煤机均已完成集控改造，可从主井井口机房上位机软件通过OPC 接口，由原集控建设厂家提供点表，接入运输系统集控平台。

其中每台给煤机煤仓上口配置1台光端机，通过RS485通信，采集原+1110煤仓、+1150煤仓、+1200煤仓煤位信号，并通过光端机以太网接口接入井下工业环网，实现数据的上传。

4.2 14采区给煤机集控系统改造

14采区给煤机集控系统改造架构如图2所示。

图2 14采区给煤机集控系统改造架构

通过PLC 控制柜内装有的模拟量模块、以太网模块、RS485通信模块，模拟量模块可实现变频器频率给定、运行频率监测功能。以太网模块实现控制命令的上传下达、远程控制、及给煤机运行实时数据的上传功能，控制系统无缝连接至现有工业网络，可实现调度指挥中心远程集中控制。RS485通信模块实现变频器与PLC 间的数据通信，给煤机煤仓上口加装雷达煤位计和1台数据光端机，用于采集煤位计数据，并通过网络传入PLC 控制柜，实现煤仓煤位与给煤机的智能联动。给煤机前后各安装1台高清防爆广角摄像头，摄像头画面通过网络接入地面集控系统，可实现视频联动及现场画面的实时监控。