探讨煤矿主煤流胶带机运输系统的远程集中控制
[摘 要]主要介绍了煤矿实现对主煤流胶带机运输系统的远程集中控制，系统采用了集散控制系统，与冗余技术等多种技术手段，分析及完善的保护和报警功能，保证了井下主煤流运输系统的连续性和可靠性。
[关键词]远程集中控制；煤矿；主煤流胶带机；运输系统
中图分类号：TU635 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）15-0359-01
1 引言
矿井主煤流运输是煤炭生产过程的重要组成部分，其系统复杂、环节多、货流量大。国内外现代化煤矿生产实践证明，只有减少转载环节，消除煤流的停顿，实行不问断不停顿的连续运输，才能达到高产高效的目的。针对煤矿井下运输系统线路长、岗位多、联络环节多等特点，应用计算机控制技术、网络技术和现代通信技术，并辅以工业电视，实现地面对井下主煤流胶带输送机的远程集中控制。
2 系统结构
针对煤矿井下运输系统线路长、岗位多、联络环节多等特点，应用工业现场总线技术与计算机控制相结合，实现以“地面控制为主，井下监控为辅”的控制模式。
2.1 系统概述
某煤矿设计能力为年产原煤600万吨，目前已达到年产800万吨，是我国特大型现代化矿井。处于-270水平，现有3个方向强力胶带机运输系统，分别是东翼、西翼和中翼。矿井设计胶带机输煤系统为各条胶带就地控制，使用的均为DX4系列强力胶带机，带宽为1000mm，胶带强度为2000kg/cm，增速后胶带运行速度分别为3.15m/s和4m/s，运输能力达1200t/h。
2.2 系统结构
地面远程集中控制系统主要由地面监控中心、井下监控中心、井下胶带机分站等构成。该系统分为集中控制和工业电视两部分。集中控制分为地面和井下两个控制中心，地面主要设备包括：工業控制计算机、21寸显示器、触摸屏、不间断电源、网络连接器等；井下主要设备包括：井下主控中心、井下控制分站、网络通信系统。
（1）地面监控中心。地面监控中心设置在区队，主要通过两台工业计算机（冗余）、工业电视和广播通信系统对胶带机运行状态进行远程控制、监测和监视。（2）井下监控中心。井下监控中心分为井下控制主机、井下主控中心控制单元两部分。井下主控中心实现的控制功能与地面控制中心的功能相同，主要完成与地面的热备用以及作为井下控制部分的通信核心，完成各PLC分站监控信息交互传送。同时，通过两台触摸屏为井下值班人员提供整个系统的运行工况和必要操作。（3）井下控制分站。井下控制分站由矿用隔爆兼本安型胶带机自动控制装置（以下简称胶带机自动控制装置）和保护传感器等构成。该装置可以同时完成一条胶带机多台电机的启停控制及保护动作，采用可编程程序控制器（PLC）作为控制核心。
2.3 保护传感器
各胶带机配备有煤位信号、打滑、超温洒水、电机温度、滚筒温度、堆煤、沿线急停、跑偏和烟雾等保护。
3 数据通信与PROFIBUS网络
（1）传输介质。信息与图像全部采用光纤进行传输，光信号通过矿用阻燃多模光缆无中继地从井下传输到地面，（2）PROFIBUS网络，通过信道与其他控制分站连接，基于DP方式的工业控制网络PROFIBUS网。该网络是一种完全开放式的网络，将胶带机自动控制装置所检测的现场信息上传给地面远程控制中心，同时通过该网络接收地面控制中心的控制指令。（3）通讯单元功能，由可编程控制器和通讯模块构成的井下主控中心控制单元，主要实现：与地面控制主机和井下控制主机的通讯；与井下控制单元共同构成工业控制网络；实现热备，向地面控制主机和井下控制主机传送各井下控制单元的实时运行数据，接收地面控制主机和井下控制主机发出的控制信号。
4 控制系统冗余
（1）冗余结构，由地面两台工控机构成系统冗余，当工控机发生故障时$将自动无扰切换控制，并保持当前监控状态。（2）热备，在地面控制通讯信道故障或地面控制主机故障时，自动切换到井下控制主机执行远程控制功能；在地面控制主机发生故障时，自动切换到地面大屏幕控制主机执行远程控制功能；在正常情况下，实现井下控制主机、地面控制主机之间远程控制功能的任意切换；在进行以上三种切换操作时，实现控制信号无扰动。（3）自动切换，当地面到井下信道传输中断时，将自动无扰切换至井下进行控制，并将保持当前控制状态。
5 主要功能
将工业控制计算机和工业电视相结合构成的胶带机监测监控系统具有下列主要功能。
5.1 控制功能
操作人员可在地面上位机采用不同方式控制各条强力胶带机的启动和停止，控制方式有3种。
（1）地面集中控制。在这种方式下，操作人员只需在地面控制中心操作触摸屏按钮或鼠标，控制井下各条胶带机和给煤机的启、停以及故障解除等。并且通过计算机语音系统发布开车提示命令。（2）人工就地控制。当地面控制中心或井筒信道出现故障时，操作人员可分别在各条胶带机头通过胶带机自动控制装置控制胶带机的启、停。（3）控制方式变换。通过地面控制中心远程控制胶带机自动控制装置进行手动、自动切换，完成集中控制与就地控制转换，使得两种控制方式互为备用、互相闭锁，提高系统的可靠性和灵活性。具有同煤流方向相互闭锁功能，实现逆煤流开、顺煤流停。
5.2 显示功能
（1）工况图。工况图动态显示整个系统所有胶带机、给煤机、转载胶带运行的工况，以及主要保护、煤炭产量及有关参数信息。（2）数据图。工况图中可以隐藏或显示每条胶带机、给煤机当前累计开机时间、累计停机时间、煤仓煤位高度显示以及数值大小、电机电流柱状显示、分站通信状态、是否存在报警以及联络打点返回显示等信息。（3）控制操作图。工况图中含有一些控制按钮，通过“开停控制”、“停车”按钮可以进行胶带机开停、流程开停、单台开停选择。（4）报表图。工况图中还包括数据表、报警预览、历史趋势图、报表和历史查看按钮，可进行相关信息的查看。（5）实时和历史趋势图。显示当前和过去1个月所有电机电流、带速、核子秤、滚筒温度、煤仓煤位的历史曲线。
5.3 报警功能
可以实时显示报警类型，且有语音提示。报警类型包括烟雾、堆煤、跑偏、打滑、灭火洒水等。
5.4 打印功能
地面工控机可以打印胶带机、给煤机、核子秤的所有状态信息，报表类型分为日报表、月报表、年报表。
5.5 历史查询
电机电流、电机温度、带速、产量和瞬时流量历史趋势图查看、相关数据报表显示和历史数据查询。
5.6 工业电视图象显示
图象经过视频光接收机将光信号转换为电信号送到电视机和视频矩阵控制系统，在任何一台电视机上可以任意定点、循环观看各条胶带机机头和转载点工业电视图象。
5.7 保护功能
系统具有胶带机低速打滑、机头堆煤、满仓，超温洒水、烟雾、滚筒超温、沿线急停和跑偏等多种保护。如果出现事故，地面主控室可通过语音系统发出语音报警提示信号。
6 其余软件、硬件和系统
6.1 语音报警系统
其特点是使用语音报警来提示实时显示报警类型。机台的启动和停车预告以及机带堆煤或跑偏、灭火、烟雾和运行温度等都包含在报警类型中。
6.2 胶带机集控系统结构
集控操作台等各类保护传感器主要组成本系统，单个系统里多个设备、多条皮带全程监控得以实现，这就是一个完善的皮带集中控制系统。
6.3 硬件设计
煤炭运输中的重要设备是胶带，监测胶带运行状况、故障，及时采取预防措施是十分必要的，这样重大事故发生可以大大减少。跑偏、打滑、超速、断带、纵撕、烟雾、堆煤等是胶带常见的故障。中央处理单元中多种不同性能的CPU模块，这些功能由他们负责完成，在硬件设计中采用了电源模块、信号模块、接口模块、功能模块是对于各功能模块的一些作用。
7 结语
采用井下胶带机运输系的远程控制，可以确保采煤过程中的安全性，并且操作简单，设计方便，还有视频监控的配合，使得它能安全稳定的运行，这是很重要的一点，因此，该设备便于操作员的实际操作，简单的几个画面报告，就能够完成对井下设备的控制及实时监视，煤矿主煤流胶带机运输系统的远程集中控制系统，既提高了生产管理的效率，又节约了采煤过程中的成本，对采煤行业以及相关行业的安全生产、技术管理水平不断提高、规模扩大等具有重要意义，对煤矿主煤流胶带机运输系统的远程集中控制的探究显得尤为重要。
作者簡介
张泽（1990-），山西运城人，现供职于神东煤炭集团柳塔煤矿，研究方向为皮带运输。
