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        寺河二號井井下皮帶集控系統(tǒng)的研究與應用

        2021-07-08 08:29:02
        山東煤炭科技 2021年6期
        關鍵詞:寺河調(diào)度室皮帶機

        李 東

        (晉能控股煤業(yè)集團寺河煤礦二號井,山西 晉城 048000)

        煤礦帶式輸送機集中控制系統(tǒng)是實現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效的重要手段。針對井下運輸系統(tǒng)線路長、轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)多、崗位多、環(huán)境惡劣等諸多問題,為實現(xiàn)皮帶輸送高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、安全節(jié)能、減員增效的目標,綜合應用傳感檢測技術(shù)、通信網(wǎng)絡技術(shù)、工業(yè)自動化技術(shù)研發(fā)的皮帶運輸集中控制系統(tǒng)成為建設現(xiàn)代化礦井的發(fā)展方向[1-4]。目前,我國煤礦的自動化控制水平日益增強,但距離實現(xiàn)綜合自動化管理還有較大的差距,針對寺河二號井皮帶運輸系統(tǒng)存在的問題,研發(fā)一套適合井下現(xiàn)場的運輸膠帶集控系統(tǒng)成為提升礦井管理水平的有效途徑。

        1 技術(shù)現(xiàn)狀

        寺河二號井目前已初步建立井下工業(yè)環(huán)網(wǎng),環(huán)網(wǎng)已覆蓋各主要皮帶大巷,主干傳輸鏈路采用千兆光纖搭建,部分皮帶機運行數(shù)據(jù)已接入環(huán)網(wǎng)上傳至地面,但僅能實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測和視頻顯示,不具備對皮帶機進行遠程集中控制功能。經(jīng)現(xiàn)場實地調(diào)研,現(xiàn)有皮帶遠程控制系統(tǒng)主要存在以下問題:(1)人力成本較高。雖然每條皮帶機都安裝有皮帶保護控制系統(tǒng),但仍需安排現(xiàn)場操作人員。(2)事故處理不及時。地面與井下主要皮帶沿線未實現(xiàn)實時通話。(3)視頻監(jiān)控設備安裝不到位。僅在井下主運皮帶機頭安裝普通視頻攝像頭,驅(qū)動設備、滾筒、抱閘等關鍵設備未安裝。

        2 集控系統(tǒng)設計

        2.1 設計原則

        (1)實用性

        實用性是本系統(tǒng)設計時需遵循的首要原則。系統(tǒng)功能的實用化是衡量信息管理系統(tǒng)建設成功與否的基本標準,是該系統(tǒng)為礦井生產(chǎn)創(chuàng)造高效運行環(huán)境的重要方面,必須以滿足礦井現(xiàn)場需求為系統(tǒng)研發(fā)的出發(fā)點。

        (2)先進性

        現(xiàn)場采用音頻信號處理器通過VOIP 協(xié)議將各部皮帶沿線模擬音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,通過井下布置的網(wǎng)絡交換機,實現(xiàn)調(diào)度控制室與井下各皮帶沿線擴音電話的實時通話和應急廣播功能;采用當今國內(nèi)外最先進的三層結(jié)構(gòu)模式進行集控系統(tǒng)研發(fā),融合面向?qū)ο蠹夹g(shù)、多線程技術(shù),進一步提高系統(tǒng)的可靠性、可維護性和可擴充性。

        (3)安全性

        集控系統(tǒng)應采用穩(wěn)定的、成熟的先進技術(shù),對現(xiàn)場可能出現(xiàn)的各種情況作出相應的保護設計和熱備份設計,以確保集控系統(tǒng)無故障平穩(wěn)運行。所有重點設備均應采用冗余方式設計[5-7]。

        2.2 系統(tǒng)組成

        2.2.1 集控網(wǎng)絡設計

        皮帶保護控制系統(tǒng)是整個集控系統(tǒng)的核心部分,一方面將現(xiàn)場收集到的皮帶運行數(shù)據(jù)上傳到地面,另一方面將地面監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的啟停指令傳遞給井下皮帶機,其中所有數(shù)據(jù)的傳輸都離不開礦井工業(yè)環(huán)網(wǎng)。目前,寺河二號井采用GEPON 工業(yè)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng),它克服了傳統(tǒng)的電信號通信及光/電混合應用通信的弊端,充足的帶寬完全可滿足井下視頻、語音及數(shù)據(jù)傳輸需求。

        2.2.2 上位機軟件設計

        在上位機軟件設計和開發(fā)過程中,通過調(diào)研國內(nèi)皮帶集控系統(tǒng)上位機軟件的功能,結(jié)合目前寺河二號井井下皮帶運行維護狀態(tài),設計出完全滿足礦方生產(chǎn)需要的上位機程序。該組態(tài)軟件可提供可視化圖形開發(fā)環(huán)境,真彩顯示圖形,并提供豐富的繪圖工具、先進的圖形處理技術(shù)以及實現(xiàn)更生動效果的動畫連接,最大程度滿足用戶對現(xiàn)場的管理需求。單條皮帶運行控制界面如圖1。

        圖1 單條皮帶運行控制界面

        2.2.3 語音通訊設計

        語音控制系統(tǒng)是通過井下信號轉(zhuǎn)換器,采用VOIP 協(xié)議將各皮帶機沿線模擬音頻信號轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)數(shù)字信號,就近連接到網(wǎng)絡交換機,實現(xiàn)調(diào)度室與各皮帶沿線擴音電話的通話和應急廣播功能。

        2.2.4 視頻監(jiān)控設計

        皮帶集控系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控子系統(tǒng)采用數(shù)字攝像機,解決模擬攝像頭清晰度低、布線不靈活、升級改造困難等難題。綜合考慮井下環(huán)境的特殊性,選取支持電纜連接傳輸1.5 km 的高清礦用本安型攝像機,其具有強光抑制、自帶補光、背光補償、寬動態(tài)、數(shù)字降噪等特點。井下實時監(jiān)控畫面如圖2。

        圖2 井下實時監(jiān)控畫面

        3 系統(tǒng)優(yōu)點及經(jīng)濟效益分析

        3.1 系統(tǒng)優(yōu)點

        (1)實現(xiàn)井下各部皮帶語音通訊的模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號,并與原有的調(diào)度電話集成,可實現(xiàn)調(diào)度室與井下主皮帶沿線語音廣播的互相通訊,一旦發(fā)生緊急事件,可立即通知現(xiàn)場人員撤離。

        (2) 地面調(diào)度室通過組態(tài)軟件對井下各皮帶運行狀態(tài)進行監(jiān)控,可實現(xiàn)計算機遠程集中控制、人工就地控制、檢修方式控制、點動方式控制等多種控制形式,各控制方式間存在可靠閉鎖。

        (3)升級現(xiàn)有的工業(yè)電視系統(tǒng),順利接入新型數(shù)字攝像頭,實現(xiàn)了井下所有監(jiān)控視頻在機電集控室和調(diào)度室同步顯示。

        3.2 經(jīng)濟效益

        通過礦井工業(yè)環(huán)網(wǎng)將各部皮帶機控制系統(tǒng)就近接入網(wǎng)絡交換機,實現(xiàn)井上調(diào)度室與井下皮帶控制系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)通訊,實現(xiàn)井下皮帶機的遠程啟?!,F(xiàn)場操作人員由原來的每班12 人減到每班5 人,每天三班可減少21 人,每人每年按10 萬元計,每年可節(jié)省210 萬元。

        4 結(jié)論

        通過對井下現(xiàn)有皮帶控制系統(tǒng)進行改造,實現(xiàn)了皮帶機運行數(shù)據(jù)采集、上傳、故障報警、遠程啟停等諸多功能;實現(xiàn)調(diào)度室與井下各皮帶機擴音電話實時通訊;實現(xiàn)皮帶機關鍵部位實時視頻監(jiān)控,為皮帶遠程控制提供參考。寺河二號井井下皮帶集控系統(tǒng)的研發(fā)與應用形成了完整的操作、調(diào)度、監(jiān)控網(wǎng)絡,實現(xiàn)皮帶機的高效控制和監(jiān)測,提高礦井生產(chǎn)效率,降低事故率,實現(xiàn)礦井安全高效生產(chǎn)。

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