李 東
(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)寺河煤礦二號(hào)井,山西 晉城 048000)
煤礦帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效的重要手段。針對(duì)井下運(yùn)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(shí)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(biāo),綜合應(yīng)用傳感檢測技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)的皮帶運(yùn)輸集中控制系統(tǒng)成為建設(shè)現(xiàn)代化礦井的發(fā)展方向[1-4]。目前,我國煤礦的自動(dòng)化控制水平日益增強(qiáng),但距離實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化管理還有較大的差距,針對(duì)寺河二號(hào)井皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)存在的問題,研發(fā)一套適合井下現(xiàn)場的運(yùn)輸膠帶集控系統(tǒng)成為提升礦井管理水平的有效途徑。
寺河二號(hào)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(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)已接入環(huán)網(wǎng)上傳至地面,但僅能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測和視頻顯示,不具備對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制功能。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地調(diào)研,現(xiàn)有皮帶遠(yuǎn)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(jī)都安裝有皮帶保護(hù)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(shí)。地面與井下主要皮帶沿線未實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通話。(3)視頻監(jiān)控設(shè)備安裝不到位。僅在井下主運(yùn)皮帶機(jī)頭安裝普通視頻攝像頭,驅(qū)動(dòng)設(shè)備、滾筒、抱閘等關(guān)鍵設(shè)備未安裝。
(1)實(shí)用性
實(shí)用性是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需遵循的首要原則。系統(tǒng)功能的實(shí)用化是衡量信息管理系統(tǒng)建設(shè)成功與否的基本標(biāo)準(zhǔn),是該系統(tǒng)為礦井生產(chǎn)創(chuàng)造高效運(yùn)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(diǎn)。
(2)先進(jìn)性
現(xiàn)場采用音頻信號(hào)處理器通過VOIP 協(xié)議將各部皮帶沿線模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),通過井下布置的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),實(shí)現(xiàn)調(diào)度控制室與井下各皮帶沿線擴(kuò)音電話的實(shí)時(shí)通話和應(yīng)急廣播功能;采用當(dāng)今國內(nèi)外最先進(jìn)的三層結(jié)構(gòu)模式進(jìn)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(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。
(3)安全性
集控系統(tǒng)應(yīng)采用穩(wěn)定的、成熟的先進(jìn)技術(shù),對(duì)現(xiàn)場可能出現(xiàn)的各種情況作出相應(yīng)的保護(hù)設(shè)計(jì)和熱備份設(shè)計(jì),以確保集控系統(tǒng)無故障平穩(wěn)運(yùn)行。所有重點(diǎn)設(shè)備均應(yīng)采用冗余方式設(shè)計(jì)[5-7]。
2.2.1 集控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
皮帶保護(hù)控制系統(tǒng)是整個(gè)集控系統(tǒng)的核心部分,一方面將現(xiàn)場收集到的皮帶運(yùn)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(jī),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(hào)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(hào)通信及光/電混合應(yīng)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(jī)軟件設(shè)計(jì)
在上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)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(jī)軟件的功能,結(jié)合目前寺河二號(hào)井井下皮帶運(yùn)行維護(hù)狀態(tài),設(shè)計(jì)出完全滿足礦方生產(chǎn)需要的上位機(jī)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(jìn)的圖形處理技術(shù)以及實(shí)現(xiàn)更生動(dòng)效果的動(dòng)畫連接,最大程度滿足用戶對(duì)現(xiàn)場的管理需求。單條皮帶運(yùn)行控制界面如圖1。
圖1 單條皮帶運(yùn)行控制界面
2.2.3 語音通訊設(shè)計(jì)
語音控制系統(tǒng)是通過井下信號(hào)轉(zhuǎn)換器,采用VOIP 協(xié)議將各皮帶機(jī)沿線模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)數(shù)字信號(hào),就近連接到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),實(shí)現(xiàn)調(diào)度室與各皮帶沿線擴(kuò)音電話的通話和應(yīng)急廣播功能。
2.2.4 視頻監(jiān)控設(shè)計(jì)
皮帶集控系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控子系統(tǒng)采用數(shù)字?jǐn)z像機(jī),解決模擬攝像頭清晰度低、布線不靈活、升級(jí)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(jī),其具有強(qiáng)光抑制、自帶補(bǔ)光、背光補(bǔ)償、寬動(dòng)態(tài)、數(shù)字降噪等特點(diǎn)。井下實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面如圖2。
圖2 井下實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面
(1)實(shí)現(xiàn)井下各部皮帶語音通訊的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào),并與原有的調(diào)度電話集成,可實(shí)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(duì)井下各皮帶運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程集中控制、人工就地控制、檢修方式控制、點(diǎn)動(dòng)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(jí)現(xiàn)有的工業(yè)電視系統(tǒng),順利接入新型數(shù)字?jǐn)z像頭,實(shí)現(xiàn)了井下所有監(jiān)控視頻在機(jī)電集控室和調(diào)度室同步顯示。
通過礦井工業(yè)環(huán)網(wǎng)將各部皮帶機(jī)控制系統(tǒng)就近接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),實(shí)現(xiàn)井上調(diào)度室與井下皮帶控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊,實(shí)現(xiàn)井下皮帶機(jī)的遠(yuǎn)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(jì),每年可節(jié)省210 萬元。
通過對(duì)井下現(xiàn)有皮帶控制系統(tǒng)進(jìn)行改造,實(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、上傳、故障報(bào)警、遠(yuǎn)程啟停等諸多功能;實(shí)現(xiàn)調(diào)度室與井下各皮帶機(jī)擴(kuò)音電話實(shí)時(shí)通訊;實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)關(guān)鍵部位實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控,為皮帶遠(yuǎn)程控制提供參考。寺河二號(hào)井井下皮帶集控系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用形成了完整的操作、調(diào)度、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的高效控制和監(jiān)測,提高礦井生產(chǎn)效率,降低事故率,實(shí)現(xiàn)礦井安全高效生產(chǎn)。