疏禮春

(1.煤炭科學技術(shù)研究院有限公司,北京市朝陽區(qū),100013; 2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室,北京市朝陽區(qū),100013; 3.北京市煤礦安全工程技術(shù)研究中心,北京市朝陽區(qū),100013)

礦井煤流分控中心協(xié)同控制系統(tǒng)的研究?

疏禮春1,2,3

(1.煤炭科學技術(shù)研究院有限公司,北京市朝陽區(qū),100013; 2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室,北京市朝陽區(qū),100013; 3.北京市煤礦安全工程技術(shù)研究中心,北京市朝陽區(qū),100013)

針對礦井的綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)、帶式輸送機監(jiān)控系統(tǒng)與安全保障系統(tǒng)各自獨立的問題,研究設計了煤流分控中心協(xié)同控制系統(tǒng),分析了協(xié)同控制系統(tǒng)關鍵技術(shù),介紹了協(xié)同控制系統(tǒng)組成和業(yè)務模型,詳細闡述了協(xié)同控制系統(tǒng)運行流程。該協(xié)同控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)井下綜采工作面運輸巷、主運大巷以及主斜井的帶式輸送機集控運行,并根據(jù)主運大巷膠帶秤的產(chǎn)量計量自動調(diào)整采煤機割煤進度,防止主運大巷帶式輸送機超負荷運行出現(xiàn)故障,最大程度地提高井下煤流運輸設備的利用率,為煤流運輸提供安全保障。

煤流系統(tǒng) 帶式輸送機 分控中心 協(xié)同控制 智能聯(lián)動

由于井下各帶式輸送機系統(tǒng)獨立運行,存在設備空運行和利用效率低等問題,而且無法做到與綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)和安全保障系統(tǒng)(安全監(jiān)控、電力監(jiān)控等系統(tǒng))之間的聯(lián)動。因此,需要為井下煤流系統(tǒng)建設相對獨立的集控系統(tǒng)。煤流分控中心是綜合集控中心的一個分支,主要將煤流控制系統(tǒng)獨立出來設立專業(yè)的分控中心,實現(xiàn)與其關聯(lián)系統(tǒng)協(xié)同控制以保障煤流系統(tǒng)高效可靠地運行。在不改變原有帶式輸送機控制系統(tǒng)控制方式的前提下,對原系統(tǒng)進行升級改造即可實現(xiàn)通過地面煤流分控中心對整個煤流運輸系統(tǒng)集中遠程控制和實時監(jiān)測,并與綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)和沿線安全保障系統(tǒng)聯(lián)動,形成一體化閉鎖控制關系,達到提高機電設備運行效率、減人提效和保障安全生產(chǎn)的目的。

1 協(xié)同控制系統(tǒng)關鍵技術(shù)

1.1 帶式輸送機集中控制和就地控制技術(shù)

為了保證煤流控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,帶式輸送機的集中控制系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)并存。帶式輸送機的集中控制系統(tǒng)采用ABB AC800M冗余控制器,通過Modbus通訊方式從就地控制系統(tǒng)讀取帶式輸送機的膠帶運行速度以及電流、電壓和電機軸溫等運行信息,電機的狀態(tài)反饋和控制指令通過硬接線方式實現(xiàn)。

1.1.1 集中控制

現(xiàn)場ABB AC800M冗余控制器切換箱將工作方式設置為遠程控制時,在分控中心對設備的控制有自動和手動兩種控制模式。在自動控制模式下,按下啟動按鈕,煤流系統(tǒng)的所有設備按照逆煤流的順序自動啟動;按下停止按鈕,煤流系統(tǒng)的所有設備按照順煤流的順序自動停車;如果在運行過程中某設備發(fā)生故障,則設備處于聯(lián)鎖狀態(tài),并按照邏輯動作閉鎖相應的設備。在手動控制模式下,煤流系統(tǒng)的各設備可以單獨啟動和停止。

1.1.2 就地控制

現(xiàn)場控制系統(tǒng)切換箱將工作方式設置為就地控制時,系統(tǒng)所有控制采用就地控制系統(tǒng)進行控制,這時帶式輸送機的啟停直接由原主控制器進行控制,該控制器不受地面分控中心的遠程遙控,但仍將各種狀態(tài)及保護信號傳給分控中心,地面分控中心仍可監(jiān)測該帶式輸送機運行的各種實時狀態(tài)及保護參數(shù)。

1.2 帶式輸送機與采煤機之間協(xié)同控制技術(shù)

ABB AC800M冗余控制器通過Modbus通訊方式從原有綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)的井下PLC控制器讀取采煤機和刮板機等運行信息。在綜采工作面的運輸巷帶式輸送機下方安裝膠帶秤,實時采集膠帶秤的計量數(shù)據(jù),累計多個工作面膠帶秤計量數(shù)據(jù)與大巷主運帶式輸送機的總運力比較,當發(fā)現(xiàn)多個工作面的出煤量大于大巷主運帶式輸送機的負荷時,煤流分控中心平臺軟件立即啟動預設的協(xié)同控制邏輯關系,通過AC800M冗余控制器發(fā)送控制指令到原綜采系統(tǒng)控制器,降低采煤機的采煤速度,防止大巷主運帶式輸送機超負荷運行而發(fā)生故障。當大巷主運帶式輸送機的負荷小于其額定負荷時,分控中心平臺軟件自動下發(fā)控制命令至采煤機控制器,恢復采煤機截割的速度,整個過程是一個循環(huán)反復的過程,既可防止大巷主運帶式輸送機超負荷運行,又可保證采煤機的高效運行。

1.3 帶式輸送機與安全保障系統(tǒng)之間協(xié)同控制技術(shù)

煤流分控中心平臺軟件通過OPC接口方式讀取礦端安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù),實時獲取安全監(jiān)控系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù),分析煤流沿線的瓦斯、CO和煙霧等監(jiān)測數(shù)據(jù),當其濃度高于一定數(shù)值時,禁止啟動煤流系統(tǒng);如果煤流系統(tǒng)已經(jīng)工作,在濃度高于一定數(shù)值時,煤流系統(tǒng)緊急停止。通過獲取人員定位系統(tǒng)的井下各區(qū)域的人員信息,判斷進入煤流沿線區(qū)域的人員,來確定能否啟動相關設備。通過采集井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可視化信號,監(jiān)測煤流沿線設備的運行狀況。通過獲取井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的實時監(jiān)測數(shù)值,判斷帶式輸送機所有設備供電是否正常。

2 協(xié)同控制系統(tǒng)組成

協(xié)同控制系統(tǒng)主要由地面分控中心與井下單機就地控制系統(tǒng)組成。

2.1 地面分控中心

地面分控中心主要由EOW－x3操作臺、分控中心煤流控制軟件以及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成。

(1)EOW－x3操作臺包括3個可調(diào)節(jié)高度的52吋工業(yè)LCD面板、6個23吋寬屏LCD監(jiān)視器、集成攝像機系統(tǒng)、內(nèi)置揚聲器系統(tǒng)、定向音響系統(tǒng)、集成高頻可調(diào)光照明系統(tǒng)以及為每個監(jiān)視器提供電動操作的支撐系統(tǒng)。

(2)分控中心煤流控制軟件包括井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、井下綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)、井下帶式輸送機運輸監(jiān)控系統(tǒng)、井下供電監(jiān)控系統(tǒng)、井下有線及無線通訊調(diào)度系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、井下環(huán)境信息監(jiān)控模塊以及人員信息監(jiān)控模塊。

(3)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫,用作存儲采集各系統(tǒng)的設備狀態(tài)和實時值等信息,并負責與其他關聯(lián)系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。

2.2 井下單機就地控制系統(tǒng)

井下單機就地控制系統(tǒng)包括綜采工作面就地控制系統(tǒng)和帶式輸送機就地控制系統(tǒng)。

(1)綜采工作面就地控制系統(tǒng)包括采煤機、刮板輸送機、破碎機、轉(zhuǎn)載機以及工作面設備列車等設備就地控制系統(tǒng)。通過在綜采工作面設備列車配置一臺隔爆兼本安型AC800M PLC控制分站,完成各綜采工作面采煤機和刮板輸送機等設備的實時運行信息采集,并通過井下環(huán)網(wǎng)上傳至地面煤流分控中心。

(2)在綜采工作面帶式輸送機機頭、主運巷帶式輸送機機頭以及主斜井帶式輸機機頭各配置一臺隔爆兼本安型AC800M PLC控制分站,完成所有帶式輸送機運行及保護信息的采集,通過井下環(huán)網(wǎng)上傳至地面煤流分控中心。另外,在各AC800M PLC控制分站和就地控制系統(tǒng)控制分站之間設置一臺控制系統(tǒng)切換箱,用于切換選擇就地控制和集中控制的控制方式。

3 協(xié)同控制系統(tǒng)業(yè)務模型

煤流分控中心主要面向生產(chǎn)部門,通過調(diào)度平臺軟件對井下原煤運輸系統(tǒng)的遠程一鍵式流程進行啟?？刂?實現(xiàn)井下煤流運輸相關環(huán)節(jié)所有設備的運行參數(shù)遠程實時監(jiān)測與存儲,根據(jù)大巷膠帶秤煤量計量自動調(diào)整采煤機的截割速度,實現(xiàn)主運輸環(huán)節(jié)與相關安全保障系統(tǒng)的智能聯(lián)動。煤流分控中心系統(tǒng)控制系統(tǒng)業(yè)務模型如圖1所示。

圖1 煤流分控中心系統(tǒng)控制系統(tǒng)業(yè)務模型

由圖1可以看出,從各采煤工作面至主斜井提升過程依次經(jīng)過工作面刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、運輸巷帶式輸送機、大巷主運帶式輸送機、井底煤倉給煤機和主斜井提升帶式輸送機,大巷主運帶式輸送機與采煤機之間存在著連續(xù)的或間斷的煤流的閉鎖控制關系,根據(jù)工作面和煤倉之間的距離,可以在整個主運輸大流程中分成若干個小流程,隨著采面的不斷推進,逐漸會形成復雜的運行流程。同時系統(tǒng)獲取帶式輸送機沿線的視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、人員監(jiān)測、通訊及電力監(jiān)控等安全保障系統(tǒng)的監(jiān)控信號,為整個工藝過程的連續(xù)進行提供安全保障。

4 協(xié)同控制系統(tǒng)運行流程

4.1 啟動流程

協(xié)同控制系統(tǒng)接到啟車指令后,首先以語音方式發(fā)布啟動警告,從底層單機就地控制系統(tǒng)獲取關聯(lián)的子系統(tǒng)監(jiān)測狀態(tài)參數(shù),判斷工作面運輸巷帶式輸送機、大巷主運帶式輸送機、斜井提升帶式輸送機設備是否健康、煤流沿線通風情況是否良好、區(qū)域環(huán)境是否良好以及設備供電是否正常,結(jié)合各個視頻監(jiān)控點信息和人員所在位置信息進行綜合評估,出現(xiàn)一項不符合設備啟動的條件都將無法進行集控流程啟動,并通過軟件平臺返回相應提示信息告知調(diào)度人員,待處理完畢后才能啟動。在煤流系統(tǒng)運行過程中,當出現(xiàn)緊急情況時,需要有應急處理預案。當流程無法啟動或停止時,由調(diào)度人員結(jié)合軟件平臺返回的信息決定是否待問題處理完畢后再啟動或是進行解鎖,從而實現(xiàn)單機設備啟動或停止,以免影響煤流系統(tǒng)的生產(chǎn)和安全。煤流協(xié)同控制系統(tǒng)啟動流程如圖2所示。

圖2 煤流協(xié)同控制系統(tǒng)啟動流程

4.2 停止流程

協(xié)同控制系統(tǒng)接到停機指令后,按帶式輸送機停止工藝流程按順序停止各受控設備,自動停止帶式輸送機運行,并按照現(xiàn)場巡檢人員就地停止、集控室調(diào)度員急停和正常停止優(yōu)先順序進行停止。當無法通過分控中心軟件進行停止時,需要執(zhí)行應急預案,進行現(xiàn)場手動停止。煤流協(xié)同控制系統(tǒng)停止流程如圖3所示。

圖3 煤流協(xié)同控制系統(tǒng)停止流程

5 結(jié)語

礦井煤流分控中心協(xié)同控制系統(tǒng)在山西天地王坡煤礦進行了應用,采用ABB的800XA平臺軟件及EOW操作臺構(gòu)建了地面煤流分控中心,井下采用AC800M控制器作為綜合通信控制站,集成了原有帶式輸送機運輸監(jiān)控系統(tǒng)和綜采工作面監(jiān)控系統(tǒng)的井下運行控制器,并與原有就地控制系統(tǒng)進行了互聯(lián)。在井下運輸巷帶式輸送機和主運帶式輸送機安裝膠帶秤,實時計量各帶式輸送機的運行負荷,通過分控中心軟件的煤量調(diào)節(jié)運算控制邏輯,動態(tài)控制工作面的采煤機截割速度,達到整個煤流系統(tǒng)協(xié)同控制的目的。協(xié)同控制系統(tǒng)通過OPC接口獲取井下安全監(jiān)控、人員定位和電力監(jiān)控等系統(tǒng)的數(shù)據(jù),協(xié)同進行帶式輸送機啟停的判定,實現(xiàn)“有人巡檢,無人值守”,由“坐崗”變成“巡崗”,綜采隊由原來的每班25人減為20人,皮帶隊由每班19人減為15人。同時,協(xié)同控制系統(tǒng)提升了設備運行效率,減少了故障處理時間,生產(chǎn)效率顯著提升,按照產(chǎn)煤量300萬t/a計算,應用協(xié)同控制系統(tǒng)可增產(chǎn)約15萬t/a。

[1] 肖利平.基于PLC技術(shù)的煤礦井下帶式輸送自動控制系統(tǒng)的研究[J].中國煤炭,2014(5)

[2] 趙峻嶺.煤礦井下帶式輸送機的智能控制方法研究[D].西安:西安科技大學,2010

[3] 付新超,馬明東,郭喜振.帶式輸送機電控系統(tǒng)改造實踐[J].礦山機械,2010(7)

[4] 李全武.礦山帶式輸送機電控系統(tǒng)改造[J].設備管理與維修,2011(10)

[5] 李臻,操虹,賈洪鋼等.煤礦帶式輸送機軸承監(jiān)測診斷系統(tǒng)及其應用[J].工礦自動化,2011(12)

Research of cooperative control system in coal flow sub-control center of mine

Shu Lichun1,2,3
(1.China Coal Research Institute,Chaoyang,Beijing 100013,China; 2.State Key Laboratory of Coal Resource High Efficient Mining and Clean Utilization, Chaoyang,Beijing 100013,China; 3.Beijing Coal Mine Safety Engineering and Technology Research Center, Chaoyang,Beijing 100013,China)

Aiming at the problem that the monitoring system of fully mechanized mining face,the monitoring system of belt conveyor and the safety guarantee system were running respectively,cooperative control system in coal flow sub-control center was researched and designed,the key technology,composition,business model and operational process of above system were analyzed and elaborated.The cooperative control system could realize the integrated control operation of mining face transportation roadway,main transportation roadway and main incline shaft belt conveyor.It could adjust automatically coal cutting progress according to coal production measured by weigh belt in main transportation roadway,which could prevent belt conveyor breaking down caused by overload operation,and furthest improve the utilization ratio of coal flow transportation equipment and offer safety guarantee to coal flow transportation.

coal flow system,belt conveyor,sub-control center,cooperative control,intelligent linkage

TD67

A

疏禮春(1981－),男,安徽安慶人,工程師,碩士,主要從事煤礦信息化類軟件的設計及開發(fā)研究工作。

(責任編輯 路 強)

中國煤炭科工集團有限公司重點基金資助項目(2013ZD010)