楊全興　程錦科　崔志勇

摘要：S5采區(qū)皮帶機(jī)過載預(yù)警系統(tǒng)、視頻智能過載預(yù)警系統(tǒng)的使用，通過自動、手動操作從采掘源頭控制煤量，運(yùn)行效果達(dá)到了設(shè)計目的，滿足了安全生產(chǎn)的要求。

Abstract： The use of belt conveyor overload early warning system and video intelligent overload early warning system in S5 mining area controls the amount of coal from the source of mining through automatic and manual operations. The operation effect has achieved the design purpose and met the requirements of safe production.

關(guān)鍵詞：過載預(yù)警系統(tǒng);視頻智能過載預(yù)警系統(tǒng);自動、手動操作;控制煤量;設(shè)計目的

Key words： overload early warning system;video intelligent overload early warning system;automatic and manual operation;coal control;design purpose

中圖分類號：TD634.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）05-0194-02

0? 引言

針對制約帶式輸送機(jī)智能集控運(yùn)行難題技術(shù)攻關(guān)之一：長距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)在重載起動時，由于漲緊動態(tài)相應(yīng)不及時，導(dǎo)致重載啟動時，皮帶漲緊不能及時相應(yīng)滿足負(fù)荷要求，導(dǎo)致發(fā)生打滑、抖動、撒煤或斷帶現(xiàn)象。為了徹底解決這個問題，可以從采掘源頭控制煤量，常村煤礦S5采區(qū)主皮帶機(jī)通過實施：①主膠帶機(jī)過載語音報警、停機(jī)項目方案;②主膠帶機(jī)視頻智能過載預(yù)警系統(tǒng)方案。兩種方案的同時運(yùn)用，運(yùn)行效果達(dá)到了設(shè)計目的，滿足了安全生產(chǎn)的要求。

S5采區(qū)一部皮帶機(jī)為1.2米皮帶，在運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)過載現(xiàn)象，導(dǎo)致壓帶事故發(fā)生，為了在膠帶機(jī)過載壓帶前及時將過載預(yù)警信號傳遞給S5采區(qū)1.4米二部、三部及采掘隊組皮帶司機(jī)，提醒采掘隊組及時控制煤量必要時及時停機(jī)，防止惡性事故的發(fā)生，特制定下述方案：

1? 方案一

1.1 控制方式

為了改變和完善皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)存在的各種各樣問題，實現(xiàn)三條皮帶同時語音報警及聯(lián)鎖停車功能，保障皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行，采用皮帶機(jī)可視化集中控制方式進(jìn)行實現(xiàn)，主要通過以下幾個方面給以保障：

第一，實現(xiàn)聯(lián)鎖控制和語音通話二位一體的自動化控制系統(tǒng)體系。

第二，通俗易懂的梯形圖編程語言，現(xiàn)場技術(shù)人員可在最短的時間內(nèi)掌握編程技術(shù)。

第三，采用工業(yè)以太網(wǎng)（1000M）技術(shù)，主網(wǎng)絡(luò)設(shè)置1000兆礦用隔爆光電網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，子網(wǎng)絡(luò)設(shè)置100兆礦用隔爆光電網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，每臺皮帶機(jī)控制裝置之間采用單模阻燃光纜連接，全部數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸。

第四，主控站和分站核心部分采用德國西門子公司的PLC300系列產(chǎn)品，保證了控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

第五，信息傳輸，控制裝置提供的數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸，工業(yè)攝像機(jī)采用高清紅外網(wǎng)絡(luò)的，通過以太網(wǎng)傳輸至地面控制室。

第六，在系統(tǒng)中利用沿線裝了礦用本安型電話機(jī)，這樣只要S5采一部皮帶機(jī)報警，其余2條皮帶機(jī)都報警從而使整個沿線都能夠聽到語音提示及報警。

1.2 設(shè)計原則

①系統(tǒng)設(shè)備符合煤礦生產(chǎn)環(huán)境條件，并符合《煤礦安全規(guī)程》2016版有關(guān)要求?？刂葡到y(tǒng)中相關(guān)設(shè)備具有國家煤礦質(zhì)量“MA”標(biāo)志和煤礦防爆“EX”標(biāo)志。②控制裝置和顯示操作單元具有煤礦安全標(biāo)志和防爆標(biāo)志。③控制裝置任意可以接入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)（1000M）技術(shù)構(gòu)成三網(wǎng)合一的網(wǎng)絡(luò)平臺。④充分滿足現(xiàn)場運(yùn)行和檢修要求。⑤保證整個系統(tǒng)運(yùn)行可靠、故障率低、維護(hù)方便、程序修改靈活。⑥控制裝置核心單元采用西門子S7-300系列產(chǎn)品，采用液晶顯示器顯示采集電流大小和高電流超限設(shè)置。⑦網(wǎng)絡(luò)通訊故障可以通過地面上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管軟件實現(xiàn)，可以定位查找故障點，監(jiān)測端口流量等信息。⑧地面及井下工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)均采用國內(nèi)知名品牌。采用臺灣生產(chǎn)的MOXA品牌交換機(jī)。⑨預(yù)警信號和沿線廣播可以根據(jù)皮帶機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行設(shè)置。

1.3 井下皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)備狀況

目前，常村煤礦井下S5采區(qū)主運(yùn)輸皮帶機(jī)有3部，其中包括：S5采區(qū)一部皮帶機(jī)、S5采區(qū)二部皮帶機(jī)、S5采區(qū)三部皮帶機(jī)。

S5采區(qū)一部皮帶機(jī)、S5采區(qū)二部皮帶機(jī)用天津華寧的控制器完成就地控制和沿線急停喊話預(yù)警，S5采區(qū)三部皮帶機(jī)采用徐州瑞豐科技發(fā)展有限公司的控制器完成就地控制和沿線急停喊話預(yù)警。

1.4 系統(tǒng)設(shè)計方案

針對煤礦井下煤流運(yùn)輸生產(chǎn)系統(tǒng)的特點，提出以下設(shè)計方案。

井下皮帶運(yùn)輸集中控制系統(tǒng)由就地采集控制單元、通訊網(wǎng)絡(luò)、擴(kuò)播電話系統(tǒng)、現(xiàn)場設(shè)備集中控制設(shè)備組成。

1.4.1 通訊網(wǎng)絡(luò)

本系統(tǒng)控制部分采用工業(yè)以太網(wǎng)方式通訊，在皮帶驅(qū)動點位置分別安裝一臺隔爆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，組成1個千兆網(wǎng)絡(luò)。

1.4.2 設(shè)備布置

在S5采區(qū)一部皮帶機(jī)機(jī)頭增加一臺西門子系列控制箱，增加一臺交換機(jī)、S5采區(qū)三部皮帶機(jī)機(jī)頭增加一臺交換機(jī)。從而通過光纖實現(xiàn)S5采區(qū)1#和3#皮帶機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換，達(dá)到在S5采區(qū)1#、2#、3#皮帶機(jī)全線預(yù)警并能夠?qū)崿F(xiàn)手動、自動停車。

1.4.3 過載保護(hù)實現(xiàn)功能

①根據(jù)礦上實際情況，需要在S5采區(qū)一部皮帶機(jī)機(jī)頭增加一套獨(dú)立的電流采集裝置用于采集皮帶機(jī)的實時電機(jī)電流;用于設(shè)置電機(jī)電流的相關(guān)預(yù)警、控制參數(shù)，然后通過以太網(wǎng)把數(shù)據(jù)傳輸給S5采二部皮帶和S5采三部皮帶，在達(dá)到設(shè)置值時實現(xiàn)全線預(yù)警、根據(jù)設(shè)置值進(jìn)行手動、自動選擇停車。

②S5采區(qū)皮帶1#、2#、3#電機(jī)電流達(dá)到一定的設(shè)置值時（通過旋轉(zhuǎn)按鈕設(shè)置等方式設(shè)置，要求3個電機(jī)單獨(dú)分開設(shè)置，且通過顯示屏觀看）;開始過載預(yù)警，S5采區(qū)2部皮帶機(jī)機(jī)頭及沿線以及S5采區(qū)3部皮帶機(jī)及沿線巷道及采掘機(jī)頭都能聽見，電流降到設(shè)置值以下預(yù)警信號無。預(yù)警報S5采區(qū)相應(yīng)電機(jī)的過載信號。例如：“報S5采區(qū)皮帶3#電機(jī)過載”等信號。

③需要停機(jī)時，S5采區(qū)一部皮帶機(jī)機(jī)頭司機(jī)可以在操作箱上進(jìn)行選擇操作選擇自動或手動裝態(tài)。手動狀態(tài)可以選擇先停S5區(qū)采三部皮帶機(jī)或S5采區(qū)二部皮帶機(jī)。自動狀態(tài)有兩種方式：1）延時先停S5采區(qū)三部皮帶機(jī)，延時一定時間后再停S5采區(qū)二部皮帶機(jī)，延時時間在操作箱上可以通過旋鈕設(shè)置。2）延時直接停S5采區(qū)二部皮帶機(jī)，延時時間在操作箱上可以通過旋鈕設(shè)置。

④手動控制方式是在手動狀態(tài)下，在S5采區(qū)皮帶機(jī)頭手動控制2部、3部皮帶機(jī)停車。自動狀態(tài)下按上面的兩種自動方式選擇后，由于聯(lián)鎖關(guān)系，相關(guān)的皮帶機(jī)也能實現(xiàn)自動停止。

⑤停止后的皮帶機(jī)在接到開機(jī)信號后，按原來的操作方式可以正常啟動皮帶。

方案具體實施步驟：在S5采區(qū)皮帶機(jī)高壓軟起開關(guān)中裝設(shè)電壓、電流互感器;在S5采區(qū)皮帶機(jī)頭增設(shè)電流過載、預(yù)警信號顯示及操作裝置;敷設(shè)網(wǎng)線后通過光纜與S5采區(qū)二部、三部皮帶機(jī)交換機(jī)連接，傳遞通訊信號;按照要求的設(shè)計方案編程，通過程序控制過載預(yù)警、停機(jī)信號;調(diào)試過載預(yù)警、停機(jī)信號，在操作箱上實現(xiàn)手動、自動控制。

具體控制操作：S5采區(qū)皮帶1#、2#、3#電機(jī)電流通過觸摸屏設(shè)置，現(xiàn)在3個電機(jī)單獨(dú)分開設(shè)置，且通過顯示屏可以觀看，現(xiàn)在設(shè)置值為1#、2#為25A、3#為40A）開始過載預(yù)警，預(yù)警“報S5采區(qū)皮帶電機(jī)電流超限”預(yù)警信號。

S5采區(qū)皮帶過載需要停機(jī)時，S5采區(qū)一部皮帶機(jī)機(jī)頭司機(jī)可以在操作箱上選擇自動或手動裝態(tài)停機(jī)。手動狀態(tài)可以選擇先停S5區(qū)采三部皮帶機(jī)或S5采區(qū)二部皮帶機(jī)。自動狀態(tài)延時先停S5采區(qū)三部皮帶機(jī)，延時一定時間后，再停S5采區(qū)二部皮帶機(jī)，延時時間在觸摸屏上可以設(shè)置（現(xiàn)在設(shè)置S5采區(qū)皮帶過載后，延時5秒停S5采區(qū)三部皮帶機(jī)，再延時45秒停S5采區(qū)二部皮帶機(jī)）。

S5采區(qū)二部、三部皮帶機(jī)在過載停機(jī)后接到開機(jī)信號后，按原來的操作方式可以正常啟動皮帶。

通過方案一的實施，發(fā)現(xiàn)在取電流信號時，有時有誤差，為了確保過載預(yù)警信號的準(zhǔn)確性，同時采取了方案二，主膠帶機(jī)視頻智能過載預(yù)警系統(tǒng)

2? 方案二：主膠帶機(jī)視頻智能過載預(yù)警系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)方案

智能視頻調(diào)速系統(tǒng)主要組成：井下防爆攝像頭（內(nèi)置攝像機(jī)為海康威視），井上識別服務(wù)器主機(jī)（CPU：i7-8700 內(nèi)存8G），井下播放主機(jī)。

安設(shè)膠帶機(jī)視屏智能預(yù)警系統(tǒng)，由井下S5采區(qū)皮帶機(jī)尾、S5采區(qū)二部皮帶機(jī)尾、S5采區(qū)3部皮帶采掘隊組出煤口前適當(dāng)位置及S5-16順槽皮帶上方的防爆攝像頭、防爆分站、防爆計算機(jī)組成，通過視頻系統(tǒng)信號，通過光纜傳輸視頻信號到S5采區(qū)皮帶機(jī)頭的防爆計算機(jī)及集控室的地面計算機(jī)，計算機(jī)通過相應(yīng)的視屏軟件分析計算，判斷此煤量會超過S5采區(qū)一部皮帶的承受能力，計算結(jié)果超過設(shè)定運(yùn)輸能力，通過環(huán)網(wǎng)輸出信號到井下的防爆分站，防爆分站輸出節(jié)點信號閉鎖順槽膠帶機(jī)，同時通過聲光報警裝置進(jìn)行預(yù)警，通知膠帶機(jī)崗位人員，必要時在超出設(shè)定值后，可以立即停順槽皮帶機(jī)。

本系統(tǒng)主要依靠安裝在二部尾處的攝像頭來進(jìn)行煤量的識別，根據(jù)煤量識別的結(jié)果，結(jié)合皮帶運(yùn)行的速度，計算出二部皮帶上100米、200米和300米的平均煤量，并記錄在modbus服務(wù)器中，井下設(shè)備可以以各段平均煤量來作為參考進(jìn)行預(yù)警或停止順槽皮帶的動作。

2.2 方案具體實施步驟

①S5采區(qū)皮帶機(jī)尾、S5采區(qū)二部皮帶機(jī)尾、S5采區(qū)3部皮帶采掘隊組出煤口前適當(dāng)位置及S5-16順槽皮帶上方安裝防爆攝像頭、及指定位置安裝防爆分站、防爆計算機(jī)，敷設(shè)光纜進(jìn)行連接。②通過環(huán)網(wǎng)輸出信號到井下的防爆分站，防爆分站輸出節(jié)點信號閉鎖順槽膠帶機(jī)，同時通過聲光報警裝置進(jìn)行預(yù)警，通知膠帶機(jī)崗位人員，必要時在超出設(shè)定值后，可以立即停順槽皮帶。③只需要根據(jù)攝像頭具體情況如實配置即可，如配置錯誤可以點擊編輯按鈕進(jìn)行修改，接入狀態(tài)表示為是否投入算法，默認(rèn)為切除（不投入算法）。注意：在本調(diào)速系統(tǒng)中，只有二部尾所對應(yīng)的攝像頭會被設(shè)置為接入狀態(tài)。

實施效果：假如S5采區(qū)皮帶機(jī)壓帶一次，翻煤處理至少需要2個小時，則出煤量將減少4000噸煤（S5采區(qū)運(yùn)輸能力為2000噸/時為準(zhǔn)），按煤的價格700元/噸，則損失280萬元。

減輕了皮帶司機(jī)的勞動強(qiáng)度，在沒有電流預(yù)警裝置時、膠帶機(jī)視屏智能預(yù)警系統(tǒng)時，皮帶司機(jī)只能依靠眼睛緊盯著顯示屏看電流，現(xiàn)在通過預(yù)警信號便可以掌握電流的過載情況，在自動狀態(tài)下可以逆煤流停車，杜絕了重載啟動時由于皮帶漲緊不能及時相應(yīng)滿足負(fù)荷要求，導(dǎo)致發(fā)生打滑、抖動、撒煤或斷帶等惡性事故的發(fā)生。

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