朱贊祥 顏國勇

（百色百礦集團(tuán)有限公司，廣西 百色 533000）

【摘 要】井下皮帶機(jī)的集中控制技術(shù)在礦井作業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。它把多項先進(jìn)技術(shù)結(jié)合為一體，極大地提高了礦井作業(yè)的效率，保證了礦井作業(yè)質(zhì)量，改善了作業(yè)環(huán)境，具有很高的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。文章介紹了煤礦井下皮帶機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及特點，分析了皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)的社會、經(jīng)濟(jì)效益，探討了皮帶機(jī)的控制和使用。

【關(guān)鍵詞】皮帶機(jī)集控系統(tǒng)；東懷煤礦；應(yīng)用

【中圖分類號】TD634.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）03-0105-04

0 引言

煤礦井下皮帶集控系統(tǒng)技術(shù)在實質(zhì)上是對機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行安排、管理、保護(hù)的自動化操作系統(tǒng)。系統(tǒng)所采用的控制器可以用來編程，這種可編程控制器有很高的可靠性和靈活性。煤礦皮帶機(jī)的控制系統(tǒng)是可以實現(xiàn)不同結(jié)果的自動化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)所達(dá)到的最大目標(biāo)是組建成可以完全將信息化存儲、系統(tǒng)監(jiān)控、工作管理融為一體的新型自動化運(yùn)行系統(tǒng)。煤礦井下皮帶機(jī)的集控改造是存在于一定環(huán)境下的，井下的工作動作比較辛苦，而且稍有不慎就會有安全隱患，因此如何對井下煤礦皮帶機(jī)集控技術(shù)進(jìn)行完善是每個工作者都要突破的問題?，F(xiàn)今，東懷煤礦已經(jīng)實現(xiàn)皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)現(xiàn)場崗位的無人值守和無人監(jiān)控，這樣的技術(shù)應(yīng)用無疑為井下煤炭作業(yè)安全系數(shù)的提高提供了有力保障。

1 概述

東懷煤礦皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)主要由8條皮帶機(jī)組成，分別為1#井的1#、2#、3#、4#皮帶機(jī)和2#井的2#、3#、4#、5#皮帶機(jī)，2013年12月25日投入使用，實現(xiàn)皮帶機(jī)在礦調(diào)度室遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，結(jié)合已有的視頻系統(tǒng)，構(gòu)成管控一體化監(jiān)控系統(tǒng)，并充分考慮到遠(yuǎn)、近期工程的銜接并預(yù)留通信接口，便于后期設(shè)備擴(kuò)展。

2 工作原則

可靠性：控制系統(tǒng)設(shè)計與選型遵循技術(shù)先進(jìn)、配置優(yōu)化、性能可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則，完全滿足現(xiàn)場工況環(huán)境的要求，以保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行為目標(biāo)，采用先進(jìn)PLC控制技術(shù)、成熟的設(shè)備和傳感器?？刂凭W(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、可靠，具有抗干擾措施。在控制網(wǎng)絡(luò)癱瘓時，具有應(yīng)急生產(chǎn)的措施。

安全性：設(shè)備滿足最新版《煤礦安全規(guī)程》的要求，配置必要的保護(hù)傳感器，并設(shè)有啟動預(yù)告、故障報警電鈴。

控制系統(tǒng)滿足運(yùn)行管理對自動化的要求，即運(yùn)行生產(chǎn)過程中的各環(huán)節(jié)自動控制、監(jiān)測和報警、自動保護(hù)、自動操作、自動調(diào)節(jié)，提高運(yùn)行效率、降低運(yùn)行成本，對系統(tǒng)的重要過程參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等進(jìn)行計算機(jī)在線集中監(jiān)測，對重要設(shè)備進(jìn)行在線集散控制。

硬件的選擇配置符合IEC和GB有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具有高性能、高標(biāo)準(zhǔn)，能滿足不斷升級換代的需要，而且易于擴(kuò)展，操作維護(hù)簡便，配套系統(tǒng)軟件完整，整個系統(tǒng)有充分開發(fā)軟硬件設(shè)備的潛力，系統(tǒng)軟硬件具有開放的結(jié)構(gòu)，以便今后系統(tǒng)進(jìn)一步的擴(kuò)展和開發(fā)。

操作性：既可在主站皮帶集控室也可在礦調(diào)度室“一鍵式”實現(xiàn)對整個運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行控制和數(shù)據(jù)監(jiān)測。既可集中控制，也可單臺設(shè)備就地控制。任何一臺輸煤設(shè)備的停止，將會導(dǎo)致后續(xù)輸送設(shè)備的停止。

3 系統(tǒng)特點

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：采用國際上最先進(jìn)、開放、成熟的以太網(wǎng)，安全可靠，抗干擾能力強(qiáng)，成熟開放，可與任何其他網(wǎng)絡(luò)無縫組網(wǎng)。

控制核心：采用最先進(jìn)的可編程控制器（PLC）作為控制核心，相比其他單片機(jī)系統(tǒng)，成熟可靠，廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)。

顯示裝置：采用最先進(jìn)的觸摸屏集中顯示。

保護(hù)系統(tǒng)：配置完善的保護(hù)傳感器、跑偏傳感器、拉線開關(guān)、速度傳感器、溫度傳感器、堆煤傳感器、煙霧傳感器、縱撕傳感器、灑水電磁閥等。

監(jiān)測：對電機(jī)電流、帶速、電機(jī)溫度、煤倉煤位、張力等參數(shù)進(jìn)行全面監(jiān)測。

報警系統(tǒng)：配置語音擴(kuò)播電話，可實現(xiàn)全路的啟動語音預(yù)告、故障語音播報、沿線之間的語音通話。

操作：配置遠(yuǎn)程上位機(jī)，鼠標(biāo)實現(xiàn)“一鍵式”全屏顯示所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、實時參數(shù)、故障類型、故障時間等。直接控制閘電機(jī)，無需再配啟動器。

4 系統(tǒng)組成及功能

4.1 主站

現(xiàn)有的1#井2#皮帶操作臺作為主站，主站除了實現(xiàn)2#皮帶的就地控制及信息采集外，還能實現(xiàn)整個運(yùn)輸系統(tǒng)的集中控制、集中操作、集中顯示。增設(shè)以太網(wǎng)通信模塊，與調(diào)度室上位計實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸，實現(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)在調(diào)度室的集中控制、集中操作、集中顯示。

4.1.1 主站工作方式

主站設(shè)有遠(yuǎn)控、集控、就地、手動、閉鎖5種工作方式。

（1）遠(yuǎn)控：本站作為集控系統(tǒng)的一個分站，接收來自調(diào)度室的控制指令，自動按程序開、停。本站控制指令被屏蔽，本站只可停車，回歸單機(jī)電控功能。

（2）集控：在4#控制室實現(xiàn)系統(tǒng)集控的工作方式，所有分站操作臺（箱）工作方式必須均在“集控”檔，并且設(shè)備沒有被禁啟和故障存在，才滿足系統(tǒng)進(jìn)行集控運(yùn)行的啟動條件。點擊啟動或停止按鈕，所有參與集控設(shè)備將遵循“逆（順）煤流起車、順煤流停車”的原則依次啟動和停止。

（3）就地：本操作臺只實現(xiàn)2#皮帶的就地自動控制。

（4）手動：當(dāng)PLC出現(xiàn)故障時，轉(zhuǎn)為純繼電器系統(tǒng)，由操作臺上的對應(yīng)按鈕實現(xiàn)所有設(shè)備開停。

（5）閉鎖：禁止啟動。

4.1.2 主站操作臺觸摸屏上主要顯示

（1）運(yùn)輸系統(tǒng)主畫面：形象地顯示所有設(shè)備及搭接關(guān)系，動態(tài)地顯示每條皮帶的停止?fàn)顟B(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)（設(shè)備的運(yùn)行、故障、停止?fàn)顟B(tài)以不同顏色區(qū)分），形象、直觀、全面地反映運(yùn)輸系統(tǒng)狀況，并可進(jìn)入分畫面。

列表顯示所有皮帶機(jī)的電機(jī)電流、帶速等模擬量，設(shè)定和顯示每條皮帶的集控、就地和閉鎖工作方式；集控方式下的啟動、停止、緊急停止按鈕；故障排除后的復(fù)位按鈕。

（2）分畫面：每條皮帶監(jiān)控畫面（單機(jī)電控操作臺畫面）。由主畫面點擊后進(jìn)入每個分站皮帶機(jī)的分畫面，主要反映各個分站皮帶機(jī)的詳細(xì)運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，實時監(jiān)測單機(jī)停止?fàn)顟B(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、保護(hù)狀態(tài)、工作方式；電機(jī)電流、溫度、帶速、煤倉煤位；電流曲線、溫度曲線。

（3）通信狀態(tài)。此畫面反映系統(tǒng)的CC-Link總線通信狀況，通信中斷及出錯分站的指示。

（4）可根據(jù)用戶要求增加其他畫面。

4.1.3 主站操作方式

啟動：只有經(jīng)過培訓(xùn)的人，才可以進(jìn)行控制操作。當(dāng)主、分站的工作方式均置于集控方式，各種保護(hù)都處于正常狀態(tài)、膠帶機(jī)相關(guān)設(shè)備狀態(tài)滿足集中開機(jī)條件時，由主站操作臺實現(xiàn)集中啟停，操作員發(fā)出“啟動”指令后，運(yùn)輸系統(tǒng)按“逆煤流”自動啟動[每條皮帶按啟動預(yù)告（時間可調(diào)）—松閘—自動張緊—張緊返回—分時（時間可調(diào)）啟動主電機(jī)]每條皮帶。

故障停車：運(yùn)行過程中，若某條皮帶因故障停止，其后皮帶自動停止，其前皮帶繼續(xù)運(yùn)行，若想停止其前皮帶按下停止按鈕，其前皮帶按“順煤流”自動停止，若故障皮帶已正常且置于集控方式，再按下啟動按鈕，則從故障皮帶開始自動啟動其后皮帶。

正常停止：按下停止按鈕，皮帶按“順煤流”延時（時間可調(diào)）停止每條皮帶。

緊急停止：按下緊急停止按鈕，所有皮帶立即停止。

若某分站不具備“集控”條件，可轉(zhuǎn)為單機(jī)就地方式，就地開、停皮帶，此時具有聯(lián)鎖和解鎖選擇，選擇聯(lián)鎖時仍具有前、后級閉鎖，選擇解鎖時不具有前、后級閉鎖功能。

4.2 分站

除主站以外的皮帶電控均定義為分站，分站由礦用隔爆兼本安型PLC控制箱和本安型操作箱組成，實現(xiàn)對應(yīng)皮帶的就地控制及信息采集，控制核心選用三菱Q系列PLC，設(shè)置以太網(wǎng)通信接口，與主站實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸。

分站設(shè)有集控、就地、手動、閉鎖4種工作方式。

（1）集控：設(shè)備沒有被禁起和故障存在，具備集中控制條件，本站作為集控系統(tǒng)的一個分站，接收來自控制室的控制指令，自動按程序開、停。操作箱設(shè)“集控”指示燈，該燈亮，代表本站已被選擇集控，此時本站控制指令被屏蔽，本站只可停車。

（2）就地：當(dāng)不具備或不允許集控時，選擇此方式，實現(xiàn)皮帶的就地自動控制。

（3）手動：當(dāng)PLC出現(xiàn)故障時，轉(zhuǎn)為純繼電器系統(tǒng)，由操作箱上的對應(yīng)按鈕實現(xiàn)所有設(shè)備的開停。

（4）閉鎖：禁止啟動。

4.3 上位監(jiān)控系統(tǒng)

在集控室設(shè)一臺研華監(jiān)控計算機(jī)，上位監(jiān)控系統(tǒng)是運(yùn)輸系統(tǒng)的監(jiān)控中心，具有數(shù)據(jù)采集、顯示器畫面顯示、參數(shù)處理、事故報警、制表打印、PLC參數(shù)設(shè)置、控制邏輯修改、系統(tǒng)調(diào)試等功能。它能滿足運(yùn)輸系統(tǒng)管理維護(hù)所需的報表制作。顯示器畫面能顯示系統(tǒng)的工藝流程及各種參數(shù)、控制方式、運(yùn)行狀況、控制對象狀態(tài)等。當(dāng)控制對象發(fā)生故障或狀態(tài)發(fā)生變化時，可以以不同顏色顯示。上位監(jiān)控機(jī)只有核對密碼后，才能進(jìn)入PLC編程功能，無需另設(shè)編程器。上位監(jiān)控機(jī)采用先進(jìn)可靠的進(jìn)口工控產(chǎn)品，具有抗干擾、防輻射能力。中央處理器采用進(jìn)口的芯片；顯示器采用22英寸液晶屏幕，用鼠標(biāo)完成所有的操作，完成運(yùn)輸系統(tǒng)的啟動、正常停止、緊急停止操作，實現(xiàn)運(yùn)輸自動化。

4.3.1 顯示畫面

（1）運(yùn)輸系統(tǒng)整個動態(tài)畫面（每條皮帶的停止?fàn)顟B(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、每條皮帶的工作方式、電機(jī)電流、帶速及給煤機(jī)等工作狀態(tài)）形象、直觀、全面地反映生產(chǎn)狀況。實時監(jiān)測數(shù)據(jù)均可存貯于生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫中，可實現(xiàn)歷史回顯，歷史趨勢分析，以便進(jìn)行綜合分析。

（2）每條皮帶監(jiān)控畫面（單機(jī)電控操作臺畫面）。

（3）各種事故追憶畫面，報表可在硬盤中保存1年，實時模擬量數(shù)據(jù)和警告可保存7天。

（4）各種根據(jù)實時及統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)制作的生產(chǎn)、計劃報表。

（5）根據(jù)用戶要求增加其他畫面。

4.3.2 上位機(jī)控制功能

集中控制系統(tǒng)有2種操作方式，即調(diào)度室集中操作和現(xiàn)場集中操作方式。調(diào)度室集中操作方式是本系統(tǒng)的主要操作方式，現(xiàn)場單機(jī)就地操作方式主要用于設(shè)備的調(diào)試和維護(hù)。

4.3.2.1 工藝流程選擇

啟動前，操作員應(yīng)先選擇工藝流程，根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)輸機(jī)布置情況，設(shè)置以下3種工藝流程。流程1：1#井的1#、2#、3#、4#、5#皮帶機(jī)運(yùn)行；流程2：1#井的1#、2#和2#井的2#、3#、4#、5#皮帶機(jī)運(yùn)行；流程3：1#井的1#、2#、3#、4#、5#皮帶機(jī)和2#井2#、3#、4#、5#皮帶機(jī)均運(yùn)行。

4.3.2.2 調(diào)度室操作方式

調(diào)度室操作方式可分為集中手動及集中自動2種。

（1）集中手動方式：通過計算機(jī)鼠標(biāo)器，結(jié)合工控機(jī)彩顯，實現(xiàn)對單臺設(shè)備的啟停控制。

（2）集中自動方式：通過計算機(jī)鼠標(biāo)器，結(jié)合工控機(jī)彩顯，由程控系統(tǒng)根據(jù)所選流程“逆煤流”依次自動啟動各設(shè)備。停機(jī)時，程控系統(tǒng)按流程‘順煤流依次自動延遲停止各設(shè)備，保證設(shè)備停止時無剩余煤。

4.3.2.3 控制功能

（1）啟動：上位機(jī)顯示每臺設(shè)備的工作方式，當(dāng)每臺設(shè)備的工作方式均置于集控方式時，可以進(jìn)行集中控制，此時經(jīng)授權(quán)的操作人員可以啟動設(shè)備，啟動指令發(fā)出后，運(yùn)輸系統(tǒng)按“逆煤流”自動啟動[每條皮帶按啟動預(yù)告—松閘—分時啟動主電機(jī)—軟啟動（若有）自動順序啟動]，若某條皮帶因故障停止，其后皮帶自動停止，其前皮帶繼續(xù)運(yùn)行，若想停止其前皮帶按下停止按鈕即可，若故障皮帶已正常且置于集控方式，再按下啟動按鈕，則從故障皮帶開始自動啟動其后皮帶。

（3）正常停止功能：在作業(yè)完成后，停止該作業(yè)流程。停止順序為“順煤流”方向延時停止各設(shè)備，停車時間可以設(shè)定。

（3）故障停車功能：當(dāng)現(xiàn)場的保護(hù)裝置動作以后，故障設(shè)備以及下游設(shè)備立即停止運(yùn)行，其上游設(shè)備經(jīng)延時，待煤流排清以后依次停止運(yùn)行。

（4）緊急停車功能：出現(xiàn)緊急情況，按下緊急停止按鈕，所有設(shè)備立即停止運(yùn)行。

（5）預(yù)告和禁啟功能：系統(tǒng)具有起車預(yù)告和靈活的禁啟功能。現(xiàn)場設(shè)備在啟動過程中，系統(tǒng)自動通過電話發(fā)出預(yù)告信息。當(dāng)現(xiàn)場不具備啟動條件時，由崗位操作人員通過就近的任意就地控制箱發(fā)出禁啟信號，系統(tǒng)將取消或暫停啟車流程。待查明原因，排除故障后可重新或繼續(xù)啟車。禁起信號的產(chǎn)生很方便，僅需將就地控制臺（箱）的轉(zhuǎn)換開關(guān)從集控方式打到就地方式。

（6）故障報警功能：系統(tǒng)具有完善的事故報警功能。當(dāng)事故發(fā)生時，語音報警系統(tǒng)發(fā)出語音信號。同時，顯示器屏幕顯示故障區(qū)域流程圖，事故設(shè)備圖形變色，屏幕上方用漢字顯示故障性質(zhì)及發(fā)生時間，并自動啟動打印機(jī)記錄，打印故障內(nèi)容及發(fā)生時間。

5 運(yùn)行狀況

在東懷煤礦開采中，皮帶集中控制系統(tǒng)（簡稱集中控制系統(tǒng)）的應(yīng)用具有重大意義。具體來講，它的作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

5.1 實現(xiàn)了膠帶運(yùn)輸機(jī)集中控制的自動化

集中控制系統(tǒng)中地面上的監(jiān)控主機(jī)不僅實現(xiàn)了可視化功能，而且可以對皮帶機(jī)的生產(chǎn)管理和事故處理報表進(jìn)行打印，在很大程度上提高了皮帶機(jī)控制的自動化水平。

5.2 提高了皮帶機(jī)的管理效率

在日常工作中，操作人員可以利用集中控制系統(tǒng)對皮帶機(jī)的啟動和停止等進(jìn)行操控，更加方便快捷。并且，在皮帶機(jī)工作中，集中控制系統(tǒng)可以清楚顯示電壓、電流、煤倉、速度、堆煤保護(hù)、跑偏保護(hù)、煙霧保護(hù)等多種功能，方便了工作人員對皮帶機(jī)的管理，有利于提高皮帶機(jī)的工作效率。

5.3 方便皮帶機(jī)的檢修工作

在皮帶機(jī)運(yùn)行過程中，集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用還有利于工作人員對皮帶機(jī)的維修。具體來講，首先，集中控制系統(tǒng)中詳細(xì)顯示了皮帶機(jī)的運(yùn)行速度、開停時間、運(yùn)行時間及主要保護(hù)等，當(dāng)皮帶機(jī)出現(xiàn)故障的時候，我們可以依據(jù)這些相關(guān)信息對其進(jìn)行維修。其次，由于皮帶機(jī)中設(shè)置有傳感器、智能I/O等裝置，當(dāng)井下的皮帶機(jī)出現(xiàn)問題的時候，集中控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動語音報警功能，以便我們及時停止皮帶機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并采取相應(yīng)的處理措施。由此可見，集中控制系統(tǒng)也可以為皮帶機(jī)的維修提供良好的條件。

6 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)效益主要是減少人員的工資和減少開空機(jī)時間所節(jié)約的電費(fèi)。

6.1 人員工資

除主控室（1#井2號皮帶機(jī)）人員不變以外，其他1#井的1#、3#、4#皮帶機(jī)和2#井的2#、3#、4#、5#皮帶機(jī)人員由原來的4人減少到1人，人員減少了21人，工資按4 500元/月計算，使用到現(xiàn)在共節(jié)省工資179.55萬元。

6.2 空機(jī)節(jié)省電費(fèi)的金額

投入集控以來，每天開機(jī)時間減少0.5 h，現(xiàn)在已使用了560 d，每個小時開空機(jī)的耗電量為660 kW·h，電費(fèi)按0.7元/ kW·h計算，共節(jié)約電費(fèi)12.9萬元。

投入集控以來，節(jié)省人員工資和電費(fèi)共計192.45萬元。

7 結(jié)論

經(jīng)過實踐證明，皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)在東懷煤礦的應(yīng)用效果良好，可以提高系統(tǒng)的安全性、可靠性和工作效率，減少操作和維護(hù)人員，并為生產(chǎn)和調(diào)度管理提供方便，同時也降低了電耗、減少設(shè)備磨損、有效地保證安全生產(chǎn)的需要，具有很好的推廣和使用價值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李碾峰，楊光.煤礦井下皮帶機(jī)集控改造及應(yīng)用探析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013（32）.

[2]上海建煤自動化有限公司.東懷煤礦主運(yùn)帶式輸送機(jī)集控系統(tǒng)設(shè)計[Z].2012.

[3]廣西工業(yè)設(shè)計院.東懷煤礦礦井設(shè)計說明書[Z].2013.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]