唐志章，李強(qiáng)，劉勁松，賈冠軍

(山西石泉煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 襄垣 046200)

智能化管理的綜合自動(dòng)化和數(shù)字化礦山

唐志章，李強(qiáng)，劉勁松，賈冠軍

(山西石泉煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 襄垣 046200)

綜合自動(dòng)化、數(shù)字化礦山是礦山技術(shù)發(fā)展的根本方向。目前全國(guó)都在積極推動(dòng)礦山技術(shù)的智能化管理。一方面，為眾多的設(shè)備制造廠商指明了技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的的方向和時(shí)機(jī)；另一方面，也為礦山技術(shù)發(fā)展指明了方向。著重闡述了石泉煤業(yè)數(shù)字化礦山建設(shè)的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)了“地面調(diào)度統(tǒng)一指揮、調(diào)度室集中控制、現(xiàn)場(chǎng)專人巡查”的控制管理模式的智能化管理方向。

自動(dòng)化；數(shù)字化礦山；智能化管理

0 引言

隨著礦井的不斷發(fā)展和智能化、數(shù)字化科技的持續(xù)完善，大量高科技含量產(chǎn)品已延伸至煤礦采掘行業(yè)。山西石泉煤業(yè)有限責(zé)任公司在系統(tǒng)內(nèi)率先提出“智慧礦山”思路，依托科技力量提升礦井可持續(xù)發(fā)展能力，以自動(dòng)化為可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、遠(yuǎn)程輸送子系統(tǒng)的集中控制，從而達(dá)到對(duì)整個(gè)煤礦工程的一體化管理。這樣在地面就可以實(shí)時(shí)對(duì)礦井上下生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控并記錄數(shù)據(jù)。不僅減少了井下作業(yè)人數(shù)，而且極大地提高了煤礦施工的安全水平及生產(chǎn)效率。不僅能隨時(shí)掌握單個(gè)設(shè)備的獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，也能夠控制和協(xié)調(diào)指揮各設(shè)備的系統(tǒng)開啟，實(shí)現(xiàn)了“地面調(diào)度統(tǒng)一指揮、調(diào)度室集中控制、現(xiàn)場(chǎng)專人巡查”的控制管理模式。

1 系統(tǒng)目標(biāo)及范圍

系統(tǒng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)基于振動(dòng)與視頻為主的遠(yuǎn)程無(wú)人值守系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用當(dāng)今國(guó)際、國(guó)內(nèi)先進(jìn)的監(jiān)控監(jiān)測(cè)及視頻技術(shù)，具有有效的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控及重大危害要素監(jiān)控能力，達(dá)到“預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警”的目的。有效集成子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的真正融合。

項(xiàng)目建設(shè)的子系統(tǒng)在提供運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程無(wú)人值守監(jiān)測(cè)、提供系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)的統(tǒng)計(jì)查詢、定期生成報(bào)表等功能的基礎(chǔ)上，提供系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的自診斷與故障預(yù)警機(jī)制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程可靠性控制保護(hù)，保證系統(tǒng)的先進(jìn)性、安全性、可靠性。

6大子系統(tǒng)建設(shè)主要包括控制子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程調(diào)度中心、千兆網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、無(wú)人值守監(jiān)控子系統(tǒng)(本地)、機(jī)器人巡檢子系統(tǒng)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。

2 關(guān)鍵手段

(1)系統(tǒng)關(guān)鍵手段是可編程邏輯控制器(PLC)+監(jiān)控站點(diǎn)。系統(tǒng)主要由控制中心PLC核心控制柜、傳輸網(wǎng)絡(luò)和就地控制箱等組成。

(2)應(yīng)用關(guān)鍵手段是控制中心，控制中心設(shè)置在集控室。通過(guò)工作站和工業(yè)電視對(duì)地面生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)施進(jìn)行集中控制和監(jiān)視。

(3)技術(shù)關(guān)鍵手段是現(xiàn)場(chǎng)總線+光纖傳輸。利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中DP網(wǎng)絡(luò)作為地面生產(chǎn)集中控制系統(tǒng)的底層網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制及信號(hào)采集，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制。

3 研究方法和技術(shù)路線

(1)實(shí)現(xiàn)部分單個(gè)環(huán)節(jié)自動(dòng)化、單機(jī)自動(dòng)化，包括主運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化、水泵房自動(dòng)化、礦燈房無(wú)人值守系統(tǒng)等。

(2)實(shí)現(xiàn)全礦井自動(dòng)化，包括井上下變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)、礦車定位追蹤系統(tǒng)、壓風(fēng)機(jī)、瓦斯泵站、主通風(fēng)機(jī)、綜采工作面智能化、電量計(jì)量節(jié)能系統(tǒng)、礦井不停風(fēng)自動(dòng)切換風(fēng)機(jī)等，依托數(shù)字化的調(diào)度指揮工業(yè)系統(tǒng)，6大子系統(tǒng)全部形成的數(shù)字化礦山建設(shè)，各數(shù)字化子系統(tǒng)的建成使用，可完成礦相關(guān)信息的精確實(shí)時(shí)采集、網(wǎng)絡(luò)化傳輸、規(guī)范化集成、可視化展現(xiàn)、自動(dòng)化操作和智能化服務(wù)，如圖1所示。

(3)與生產(chǎn)調(diào)度、安全生產(chǎn)監(jiān)控、經(jīng)營(yíng)管理形成有機(jī)整體。針對(duì)礦井建成的瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控、工業(yè)視頻監(jiān)控、工業(yè)以太網(wǎng)、人員定位系統(tǒng)等十幾個(gè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集成整合，借助先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和軟件技術(shù)，采用分層分布式架構(gòu)，在調(diào)度中心形成一個(gè)整體化的平臺(tái)，消除信息“孤島”，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)場(chǎng)所數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集和監(jiān)視及各自動(dòng)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)集成和智能聯(lián)動(dòng)。

圖1 壓風(fēng)機(jī)、瓦斯泵站、主通風(fēng)機(jī)無(wú)人值守監(jiān)控設(shè)計(jì)總體規(guī)劃

4 數(shù)字化帶來(lái)的效益

4.1 減員提效帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益

以中央泵房3臺(tái)450 kW電機(jī)計(jì)算，正常情況下每一個(gè)圓班需要開泵10 h以上，以電價(jià)1元/(kW·h)計(jì)算，10 h需要花費(fèi)4 500元，安裝該系統(tǒng)后在零點(diǎn)班進(jìn)行排水，正常抽水時(shí)間需要6 h，以電價(jià)0.95元/(kW·h)計(jì)算每個(gè)圓班需要花費(fèi)2 565元，比原來(lái)減少1 935元。一個(gè)月節(jié)約電費(fèi)58 050元，年節(jié)約電費(fèi)在70萬(wàn)元左右(2個(gè)泵房共計(jì)節(jié)約電費(fèi)140萬(wàn)元)。

其他主運(yùn)輸、水泵房、壓風(fēng)機(jī)、瓦斯泵站、3個(gè)井上下變電所、主通風(fēng)機(jī)等自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)后，每班只需1人進(jìn)行巡視，由原來(lái)的一個(gè)圓班需7個(gè)人，到現(xiàn)在只需電鉗工兼職巡查，每年可減少職工工資支出：6人×3 700(元/人/月)×12月=26.6萬(wàn)元。全部8個(gè)場(chǎng)所自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)每年可節(jié)約212.8萬(wàn)元。

綜采工作面自動(dòng)化后使工作面作業(yè)人員降到9人以下，從而減小成本損耗，每年可節(jié)約：60人×6 000(元/人/月)×12月=432萬(wàn)元。

4.2 設(shè)備指標(biāo)效率(OEE)提升

實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制與生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，調(diào)度室遠(yuǎn)程操作，為計(jì)算設(shè)備效率提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，通過(guò)主運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化的投運(yùn)，使我礦的開機(jī)率得到了提升，2016年石泉煤業(yè)原煤按照100萬(wàn)t計(jì)算，原煤?jiǎn)蝺r(jià)500元，設(shè)備提升率為7%，年增加效益3 500萬(wàn)元。電量計(jì)量節(jié)能系統(tǒng)可以使井下各地點(diǎn)的電量進(jìn)行合理調(diào)配，提高開機(jī)率，提升OEE，如圖2所示。

圖2 2016年8～12月份石泉煤業(yè)礦井OEE對(duì)比

4.3 安全效益及科技示范作用

實(shí)現(xiàn)智能化后，減少了事故造成的人員、設(shè)備損失 ，一方面可以及時(shí)、快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)發(fā)生的事故，并采取應(yīng)對(duì)措施；另一方面還可以在事故發(fā)生之前及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，保證井上下設(shè)備人員及時(shí)撤離。機(jī)器人巡視和綜采工作面自動(dòng)化可以減少人員的投入，提高安全性。

先進(jìn)的自動(dòng)化、智能化技術(shù)和設(shè)備在煤礦的應(yīng)用與推廣已成為一種趨勢(shì)，智能化管理系統(tǒng)在我礦的應(yīng)用，更符合石泉煤業(yè)的發(fā)展需求，滿足了石泉煤業(yè)“多上設(shè)備少、上人員”新的辦礦理念。

5 結(jié)束語(yǔ)

智能化系統(tǒng)以系統(tǒng)安全、可靠、先進(jìn)為原則，實(shí)現(xiàn)在安全生產(chǎn)指揮調(diào)度中心與礦井監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，便于集中控制，形成一個(gè)完整的操作、調(diào)度、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)礦井各系統(tǒng)的控制、監(jiān)測(cè)，可提高生產(chǎn)效率、降低事故率，減少故障處理時(shí)間，減少現(xiàn)場(chǎng)操作人員，提高經(jīng)濟(jì)效益，起到科技示范作用。

(本文責(zé)編：齊琳)

唐志章(1973—)，男，河南鶴壁人，工程師，從事煤礦機(jī)電運(yùn)輸管理方面的工作(E-mail:260471780@qq.com)。

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1674-1951(2017)11-0075-02

2017-09-11；

2017-10-18