[摘 要]神東煤炭分公司錦界煤礦率先進(jìn)行數(shù)字化礦山建設(shè)，其中連采膠帶機(jī)集控系統(tǒng)已完成改造。本文介紹錦界煤礦連采膠帶機(jī)集控系統(tǒng)，從其結(jié)構(gòu)和工作方式出發(fā)，做一個(gè)系統(tǒng)的、詳細(xì)的介紹，為其他煤企的自動(dòng)化改造提供一個(gè)模板。

[關(guān)鍵詞]煤炭 連采膠帶機(jī) 集控 自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TD634 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）19-0163-02

引言

神華集團(tuán)神東煤炭分公司下屬錦界煤礦是錦能煤電一體化的配套項(xiàng)目，由神東煤炭集團(tuán)進(jìn)行專業(yè)化管理。2004年4月開(kāi)工建設(shè)，歷時(shí)30個(gè)月，于2006年9月建成投產(chǎn)，井田可采煤層7層，共有資源儲(chǔ)量20.93億噸，可采儲(chǔ)量15.78億噸。錦界煤礦地質(zhì)條件較好，煤層傾角小，無(wú)斷層，采用長(zhǎng)臂采煤法回采，每個(gè)采煤工作面的推進(jìn)長(zhǎng)度在5000米左右。目前礦里配置三個(gè)綜采隊(duì)和三個(gè)連采隊(duì)進(jìn)行采煤和掘進(jìn)作業(yè)，每個(gè)掘進(jìn)工作面需安設(shè)3-4部膠帶機(jī)才能滿足連采掘進(jìn)工作的需求，每部膠帶機(jī)每班需要一名崗位工進(jìn)行操作和維護(hù)運(yùn)行，這就造成了極大的人力資源浪費(fèi)且增加了崗位的不安全因素。連采膠帶機(jī)的自動(dòng)化改造工程列入錦界煤礦數(shù)字化改造工程中，于2015年7月底順利完成改造，并成立了連采膠帶機(jī)集控室，實(shí)現(xiàn)了地面集控室對(duì)井下連采膠帶機(jī)的遠(yuǎn)程集中控制。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)概況

連采膠帶機(jī)集控系統(tǒng)依托原有工業(yè)環(huán)網(wǎng)，在每部膠帶機(jī)機(jī)頭分別安裝一臺(tái)KTC102+控制器、一臺(tái)QJZ-200智能磁力啟動(dòng)器或變頻器、一套KTC102+通訊保護(hù)系統(tǒng)、一臺(tái)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。KTC102+控制器接入附近環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，使用485通訊方式采集QJZ-200智能磁力啟動(dòng)器或變頻器、上級(jí)移變電源、皮帶保護(hù)數(shù)據(jù)并通過(guò)環(huán)網(wǎng)上傳上位機(jī)，網(wǎng)絡(luò)攝像直接接入附近環(huán)網(wǎng)交換機(jī)上傳視頻。在每個(gè)連采工作面安裝一臺(tái)KJD127型礦用隔爆兼本質(zhì)安全型監(jiān)控主機(jī)并接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)中，作為井下連采工作面遠(yuǎn)程控制膠帶機(jī)的上位機(jī)；地面集控室采用普通非防爆電腦作為接入環(huán)網(wǎng)，作為地面集控室遠(yuǎn)程控制膠帶機(jī)的上位機(jī)。膠帶機(jī)有四種控制方式：1.遠(yuǎn)控模式：當(dāng)膠帶機(jī)機(jī)頭控制器工作方式為遠(yuǎn)控時(shí)，地面集控室集控值班員在地面集控主機(jī)上通過(guò)MACS-SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)井下連采各隊(duì)各部膠帶機(jī)的遠(yuǎn)程啟、停操作，并通過(guò)uniview視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行情況，各連采隊(duì)工作人員也可以通過(guò)工作面的KJD127型礦用隔爆兼本質(zhì)安全型監(jiān)控主機(jī)上的膠帶機(jī)集控組態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)本隊(duì)各部膠帶機(jī)的遠(yuǎn)程啟、停操作并對(duì)膠帶機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控；2.近控模式：當(dāng)膠帶機(jī)機(jī)頭控制器工作方式為近控時(shí)，工作人員必須在機(jī)頭控制器上就地操作皮帶的啟停；3.檢修模式：當(dāng)膠帶機(jī)機(jī)頭控制器工作方式為檢修時(shí)，檢修人員必須在機(jī)頭控制器上就地操作本部膠帶機(jī)的啟停，檢修模式下無(wú)與上級(jí)膠帶機(jī)的聯(lián)鎖保護(hù)功能，可以在上部膠帶機(jī)停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行檢修作業(yè)，其他保護(hù)要求處于正常狀態(tài)；4.點(diǎn)動(dòng)模式：當(dāng)膠帶機(jī)機(jī)頭控制器工作方式為點(diǎn)動(dòng)時(shí)，操作人員必須就地操作皮帶，點(diǎn)動(dòng)模式為膠帶機(jī)或保護(hù)故障，需緊急操作膠帶機(jī)時(shí)使用的單點(diǎn)模式。以上4種工作模式中，只有遠(yuǎn)控模式下才可遠(yuǎn)程操作膠帶機(jī)，其他三種模式下上位機(jī)無(wú)法操作膠帶機(jī)的啟停，但可以讀取膠帶機(jī)保護(hù)、開(kāi)關(guān)和移變電源的數(shù)據(jù)，避免了檢修期間膠帶機(jī)的混亂操作引起的安全隱患，并做到了對(duì)膠帶機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.2 系統(tǒng)硬件部分

連采膠帶機(jī)集控系統(tǒng)是由工業(yè)環(huán)網(wǎng)、上位機(jī)、下位機(jī)、傳感器（膠帶機(jī)保護(hù)）和執(zhí)行元件（真空磁力啟動(dòng)器或變頻器）五大部分組成。操作員通過(guò)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，上位機(jī)通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng)與下位機(jī)互通數(shù)據(jù)，下位機(jī)通過(guò)傳感器采集保護(hù)信號(hào)，下位機(jī)通過(guò)執(zhí)行元件控制膠帶機(jī)。結(jié)構(gòu)示意圖如下圖（圖1）

1.2.1 工業(yè)環(huán)網(wǎng)

井下主環(huán)網(wǎng)交換機(jī)采用ATN950B增強(qiáng)型以太網(wǎng)交換機(jī)；連采順槽膠帶機(jī)機(jī)頭和工作面的分支交換機(jī)采用ATN910增強(qiáng)型以太網(wǎng)交換機(jī)作為膠帶機(jī)機(jī)頭或工作面的數(shù)據(jù)上傳單元。

1.2.2 KJD127型礦用隔爆兼本質(zhì)安全型監(jiān)控主機(jī)

KJD127型礦用隔爆兼本質(zhì)安全型監(jiān)控主機(jī)為Windows XP系統(tǒng)，可以直接作為區(qū)域主機(jī)與該區(qū)域控制線路上的所有KTC102+控制器通信，通過(guò)其豐富的接口將整個(gè)區(qū)域的各臺(tái)KTC102+控制器的數(shù)據(jù)讀取到本機(jī)上，也可以通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)通信完成分布式KTC102+控制器的數(shù)據(jù)采集、智能控制。

1.2.3 KTC102+控制器：

KTC102+控制器采用32位Cortex M4 with FPU RISC CPU作為處理器；采用RTOS實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)；同時(shí)可提供多種PLC應(yīng)用需求，提供多種傳感器連接使用；采用7寸彩色液晶屏，分辨率800×480；顯示屏和主控制板進(jìn)行模塊封裝，可以更好地滿足現(xiàn)場(chǎng)惡劣的工況；兼容KTC102沿線，具有2路485接口、1路以太網(wǎng)接口，可以擴(kuò)展光電模塊，對(duì)外引出光信號(hào)，且預(yù)留了一路CAN接口；有16路輸入量，有12路開(kāi)關(guān)量輸出，有2路模擬量輸出，接口豐富；可以遠(yuǎn)程查看控制器信息，對(duì)外提供httpAPI接口協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)KTC102+進(jìn)行統(tǒng)一管理。

1.2.4 皮帶保護(hù)系統(tǒng)

（1）速度傳感器，有兩種型號(hào)傳感器，其中GSC6-SA/B是開(kāi)關(guān)量傳感器，有常開(kāi)常閉兩種工作方式，可以通過(guò)傳感器內(nèi)部撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置速度運(yùn)行范圍；GSC-SC為模擬量傳感器，可以上傳實(shí)時(shí)的膠帶機(jī)速度數(shù)據(jù)。

（2）跑偏傳感器，型號(hào)為GEJ-15-P，分別在機(jī)頭和機(jī)尾膠帶機(jī)的兩側(cè)各安裝一個(gè)跑偏傳感器，當(dāng)膠帶機(jī)發(fā)生跑偏時(shí)，推動(dòng)傳感器萬(wàn)向活動(dòng)桿動(dòng)作，傳感器向控制器輸出開(kāi)關(guān)量以保護(hù)皮帶，具有常開(kāi)和常閉兩種方式可調(diào)。

（3）堆煤傳感器，型號(hào)為GUD-330-D1，一般安裝在機(jī)頭卸載點(diǎn)上方，當(dāng)卸載點(diǎn)發(fā)生堆煤時(shí)，傳感器探頭與煤接觸，通過(guò)煤和大地形成回路，傳感器動(dòng)作并向控制器輸出開(kāi)關(guān)量。

（4）煙霧傳感器，型號(hào)為GQL0.1-Y，一般安裝在巷道回風(fēng)側(cè)距機(jī)頭10米-15米處，當(dāng)經(jīng)過(guò)探頭的氣體煙霧超標(biāo)時(shí)，傳感器對(duì)外發(fā)出光電提示，并向控制器輸出開(kāi)關(guān)量信息。

（5）溫度傳感器，型號(hào)為GWM-40-W，傳感器探頭安裝在驅(qū)動(dòng)滾筒上，當(dāng)溫度超限時(shí)，傳感器向控制器輸出開(kāi)關(guān)量信息。

1.2.5 執(zhí)行元件

（1）真空磁力啟動(dòng)器

1000米的膠帶機(jī)使用南京雙京廠家生產(chǎn)的QJZ-200啟動(dòng)器，提供485通訊接口，可以使用485通訊與下位機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)通訊，通過(guò)控制器進(jìn)入以太網(wǎng)與上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)電流、電壓、功率、電阻等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳和參數(shù)的遠(yuǎn)程修改以及遠(yuǎn)程控制。

（2） 變頻器

2500米膠帶機(jī)使用北京山潛生產(chǎn)的變頻器，具備485通訊功能，可以使用485通訊與下位機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)通訊，通過(guò)控制器進(jìn)入以太網(wǎng)與上位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)電流、電壓、功率、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳和參數(shù)的遠(yuǎn)程修改以及遠(yuǎn)程控制。

1.3 系統(tǒng)軟件部分

1.3.1 錦界煤礦綜合智能一體化生產(chǎn)控制系統(tǒng)

錦界煤礦綜合智能一體化生產(chǎn)控制系統(tǒng)是北京和利時(shí)公司專門(mén)針對(duì)錦界煤礦數(shù)字化礦山建設(shè)設(shè)計(jì)提供的一款MACS-SCADA大型綜合監(jiān)控系統(tǒng)。MACS-SCADA大型綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件作為各專業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)一的軟件平臺(tái)，采用分層分布網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成中央級(jí)和基站級(jí)監(jiān)控網(wǎng)，基于同一個(gè)軟件平臺(tái)集成或互聯(lián)各專業(yè)自動(dòng)化子系統(tǒng)，具有靈活的體系結(jié)構(gòu)和完善的功能，多應(yīng)用于核電、電力SCADA、地鐵、輕軌鐵路等系統(tǒng)。錦界煤礦綜合智能一體化生產(chǎn)控制系統(tǒng)共包括采、掘、機(jī)、運(yùn)、通等21個(gè)子系統(tǒng)，其中的掘進(jìn)子系統(tǒng)又細(xì)分為三個(gè)連采隊(duì)模塊，每個(gè)隊(duì)分為膠帶機(jī)和供電兩部分，通過(guò)膠帶機(jī)子系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程控制所有連采膠帶機(jī)，并且畫(huà)面上顯示皮帶的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)也可以查看每條皮帶的詳細(xì)參數(shù)（電機(jī)電流、功率、溫度等信息），也可通過(guò)事件日志查詢所有的操作記錄以及發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)生成報(bào)警記錄等，為集控值班員提供簡(jiǎn)單、清晰、完整、易操作的人機(jī)交互平臺(tái)。膠帶機(jī)集控系統(tǒng)如下圖（圖2）

1.3.2 井下膠帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

井下膠帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是用組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)的。組態(tài)王是亞控科技根據(jù)當(dāng)前的自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，面向低端自動(dòng)化市場(chǎng)及應(yīng)用，具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于數(shù)量和信息經(jīng)常變化的連采膠帶機(jī)。畫(huà)面如下圖（圖3）

1.3.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

集控值班員可通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)觀察連采各部膠帶機(jī)的運(yùn)行情況。視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用杭州宇視uniview系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)監(jiān)控，錄像存儲(chǔ)等功能，具有高清，易設(shè)置，調(diào)用錄像方便等優(yōu)點(diǎn)。

2 系統(tǒng)運(yùn)行關(guān)鍵要素

（1）工業(yè)環(huán)網(wǎng)。工業(yè)環(huán)網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸通道，稱為自動(dòng)化的血管，一旦出現(xiàn)故障，自動(dòng)化直接癱瘓。錦界煤礦環(huán)網(wǎng)采用華為工程師設(shè)計(jì)方案實(shí)施，穩(wěn)定性較好，故障率較低。

（2）上位機(jī)和下位機(jī)的系統(tǒng)。無(wú)論是上位機(jī)，還是下位機(jī)，其系統(tǒng)的穩(wěn)定直接影響著集控系統(tǒng)的正常使用。上位機(jī)使用的MACS-SCADA生產(chǎn)控制系統(tǒng)和組態(tài)王相對(duì)較穩(wěn)定；下位機(jī)KTC102+控制器使用可編程的單片機(jī)邏輯控制器，也比較穩(wěn)定。

（3）傳感器

自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵在于傳感器的正常穩(wěn)定運(yùn)行，傳感器相當(dāng)于系統(tǒng)的五官，相當(dāng)重要。膠帶機(jī)的傳感器有速度、跑偏、堆煤、煙霧、溫度、聯(lián)鎖，只有這些傳感器能正產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，才能保證膠帶機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和故障時(shí)的及時(shí)停機(jī)。

3 結(jié)語(yǔ)

錦界煤礦連采膠帶機(jī)集控自從2015年7月底改造完成使用以來(lái)，運(yùn)行平穩(wěn)，為礦里節(jié)約了人力資源，減少了電力浪費(fèi)，為減員增效做出巨大貢獻(xiàn)。在這自動(dòng)化水平不斷提高的大環(huán)境下，連采膠帶機(jī)的集控也將成為必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

南海龍，1988年出生，男，甘肅省定西市人，現(xiàn)供職于神東煤炭集團(tuán)錦界煤礦機(jī)電辦，助理工程師，畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，學(xué)士學(xué)位。