胡志偉,趙忠輝

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 檢測(cè)分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100013)

神東礦區(qū)現(xiàn)有在用膠帶中部煤炭機(jī)械化采制樣系統(tǒng)已達(dá)11套，系統(tǒng)分別單獨(dú)控制，由此造成不必要的勞動(dòng)力浪費(fèi)及增加人工成本，且不利于統(tǒng)一掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備作業(yè)狀態(tài)與開展生產(chǎn)管理。

集中控制、管理系統(tǒng)的設(shè)置可實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)現(xiàn)有膠帶中部采樣運(yùn)行的集中控制、關(guān)鍵設(shè)備及核心工作區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過實(shí)時(shí)語音對(duì)講系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)人員調(diào)度。由煤炭機(jī)械化采樣相關(guān)研究[1-23]可知，通過軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)將監(jiān)測(cè)、控制、調(diào)度指揮功能的有機(jī)集成，真正形成“生產(chǎn)集中控制及調(diào)度指揮中心”，體現(xiàn)現(xiàn)代化煤炭檢測(cè)對(duì)信息化的要求。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 集中控制

設(shè)置機(jī)械化采制樣系統(tǒng)集中控制室，實(shí)現(xiàn)大柳塔4套、布爾臺(tái)3套以及上灣、哈拉溝、石圪臺(tái)、榆家梁共計(jì)11套機(jī)械化采制樣系統(tǒng)的集中控制，并預(yù)留控制接口及設(shè)備冗余，為后續(xù)其他化驗(yàn)室采制樣系統(tǒng)的接入提供硬件條件。

集中控制室操作人員可根據(jù)車次、煤種等實(shí)時(shí)信息對(duì)對(duì)應(yīng)機(jī)械化采制樣系統(tǒng)進(jìn)行操作控制。采制樣操作連續(xù)進(jìn)行，直至所需批量完成或操作人員停止系統(tǒng)作業(yè)為止。采樣器停止，系統(tǒng)將自行清除采樣器內(nèi)的物料。監(jiān)控主界面包含動(dòng)態(tài)顯示區(qū)、采樣方式和流程選擇區(qū)、原始數(shù)據(jù)錄入對(duì)話框、報(bào)警彈出窗口、歷史數(shù)據(jù)查詢區(qū)、手動(dòng)操作區(qū)、電路狀態(tài)查詢區(qū)、設(shè)備測(cè)試操作區(qū)，包含操作、顯示和報(bào)表打印等功能。在計(jì)算機(jī)終端，錄入礦種、車次、噸位、批量等信息，軟件根據(jù)錄入信息和預(yù)置數(shù)據(jù)庫(kù)自主生成計(jì)劃采樣數(shù)、采樣間隔等流程控制參數(shù)，由程控軟件控制選定的單元設(shè)備執(zhí)行采樣流程；發(fā)生故障，發(fā)出聲光報(bào)警和文字提示信息，統(tǒng)計(jì)事故地點(diǎn)、級(jí)別并歸檔[1]。

煤炭膠帶中部采制樣系統(tǒng)(上灣)監(jiān)控界面如圖1所示。

圖1 煤炭膠帶中部采制樣系統(tǒng)(上灣)監(jiān)控界面

監(jiān)控主界面能夠給實(shí)時(shí)顯示每套機(jī)械化采制樣系統(tǒng)的關(guān)鍵信息:采樣周期、采樣次數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、主膠帶運(yùn)行狀態(tài)等。主輸煤膠帶開始運(yùn)行后，控制系統(tǒng)會(huì)通過聲光提示操作人員對(duì)信息進(jìn)行確認(rèn)，提醒操作人員將對(duì)應(yīng)取制樣系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行，裝車完成主輸煤膠帶停止運(yùn)行后延時(shí)2 min后，取制樣系統(tǒng)隨之停止運(yùn)行。煤炭膠帶中部采制樣集中控制系統(tǒng)監(jiān)控主界面如圖2所示。

圖2 煤炭膠帶中部采制樣集中控制系統(tǒng)監(jiān)控主界面

1.2 視頻監(jiān)控

集中控制室內(nèi)設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有11套膠帶采制樣系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備及核心工作區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)控。視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于煤炭采制樣系統(tǒng)中作業(yè)過程的監(jiān)視，能夠?qū)崟r(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行情況，尤其可了解關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，即該監(jiān)控系統(tǒng)可起到很好的故障預(yù)警和設(shè)備保護(hù)的作用，有利于生產(chǎn)管理及提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)、直觀地監(jiān)控煤炭采制樣系統(tǒng)的運(yùn)行情況，通過與采制樣系統(tǒng)上位機(jī)運(yùn)行監(jiān)控界面的配合使用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)采制樣系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和集中控制；如發(fā)現(xiàn)異常情況，控制室操作人員可及時(shí)調(diào)動(dòng)相關(guān)人員親臨現(xiàn)場(chǎng)解決問題，將損失降至最小，因而視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)指揮采制樣現(xiàn)場(chǎng)工作具有十分重要的意義[2]。

1.3 生產(chǎn)調(diào)度

通過監(jiān)控界面顯示的系統(tǒng)作業(yè)信息及視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)傳輸現(xiàn)場(chǎng)畫面，同時(shí)通過語音調(diào)度系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員實(shí)現(xiàn)合理調(diào)配。控制室內(nèi)設(shè)置指揮調(diào)度中心，控制室操作人員可通過調(diào)度指揮中心實(shí)現(xiàn)與對(duì)應(yīng)化驗(yàn)室工作人員的通話。可通過語音廣播實(shí)現(xiàn)對(duì)所有化驗(yàn)室的應(yīng)急廣播，或連接專業(yè)廣播系統(tǒng)，提醒相關(guān)人員按照預(yù)案進(jìn)行處理,可有效提高員工處理突發(fā)事件的能力，避免因慌亂而造成更大的損失。

2 功能實(shí)現(xiàn)

2.1 項(xiàng)目?jī)?nèi)容

2.1.1總體網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

總體網(wǎng)絡(luò)采用統(tǒng)一的傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，解決傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸速率低、傳輸協(xié)議各異、各子系統(tǒng)獨(dú)立組網(wǎng)及多異構(gòu)子系統(tǒng)并存等問題。

2.1.2生產(chǎn)調(diào)度指揮控制中心的建設(shè)

(1)硬件基礎(chǔ):調(diào)度指揮控制中心計(jì)算機(jī)平臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建；工業(yè)電視及大屏幕顯示系統(tǒng)建設(shè)；生產(chǎn)指揮語音調(diào)度指揮系統(tǒng)的建設(shè)。

(2)軟件設(shè)計(jì):采制樣集成控制軟件的設(shè)計(jì)研發(fā)；視頻監(jiān)控及語音通訊系統(tǒng)軟件集成；采制樣系統(tǒng)設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)備份[3]。

(3)通過軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)將監(jiān)測(cè)、控制、調(diào)度指揮功能有機(jī)地集成在一起，真正形成“生產(chǎn)集中控制及調(diào)度指揮中心”，體現(xiàn)現(xiàn)代化煤礦對(duì)信息化的要求。

2.2 集中控制

2.2.1總體要求

將礦區(qū)現(xiàn)有11套膠帶中部采樣系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，控制室設(shè)在公司辦公樓內(nèi)。相應(yīng)的上位機(jī)操作系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一安裝在裝船采制樣控制室，控制室內(nèi)空間布局要合理。

2.2.2現(xiàn)場(chǎng)通信

選用高質(zhì)量交換機(jī)、光纖、光電轉(zhuǎn)換器等設(shè)備進(jìn)行通信，確保系統(tǒng)控制信號(hào)延遲小于50ms，確保工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)延遲不高于500ms[4]。

2.2.3上位機(jī)界面

對(duì)于集中控制后的共11套機(jī)械化采樣控制界面進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)，確?？刂平缑嬉恢?。在上位機(jī)增加一級(jí)主界面，主界面要求顯示11套機(jī)采設(shè)備相關(guān)信息，主要包括:①設(shè)備運(yùn)行情況，是否正在作業(yè)；②采樣周期、切割器運(yùn)行周期；③子樣數(shù)、子樣重量；④對(duì)應(yīng)主輸煤膠帶的運(yùn)行情況。

2.3 視頻監(jiān)控

2.3.1方案設(shè)計(jì)

為保證控制室操作員及時(shí)準(zhǔn)確和全面地了解現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)情況，設(shè)置工業(yè)電視監(jiān)視裝置。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的配置方式按照“全數(shù)字”方案設(shè)計(jì)，其主控設(shè)備為視頻服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成獨(dú)立局域網(wǎng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)的數(shù)字化傳輸、硬盤錄像等。所有視頻信號(hào)均直接輸入視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)器將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸至數(shù)字矩陣，通過數(shù)字矩陣對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行整理輸出。

2.3.2設(shè)備選型

每套采制樣系統(tǒng)須分別在主膠帶、初采器、給料機(jī)、縮分器、樣品收集處等關(guān)鍵設(shè)備上安裝紅外線攝像頭，以監(jiān)視設(shè)備內(nèi)部運(yùn)行狀況及系統(tǒng)內(nèi)料流情況。

采制樣核心工作場(chǎng)所每層需安裝紅外攝像機(jī)以實(shí)現(xiàn)360度全覆蓋，圖象信號(hào)接入ITV監(jiān)控站。制樣塔及控制外圍安裝360度云臺(tái)攝像機(jī)，用于觀察工作場(chǎng)所人員進(jìn)出情況。

ITV監(jiān)控站:高分辨率60英寸壁掛式液晶彩顯；監(jiān)控站能實(shí)現(xiàn)矩陣、畫面分割、控制、硬盤數(shù)字錄像(至少記錄30 d可自動(dòng)覆蓋的圖象信息)及回放等功能一體化。

2.3.3使用權(quán)限

此監(jiān)控系統(tǒng)搭建完成后，其管理部門領(lǐng)導(dǎo)可通過任何一臺(tái)在網(wǎng)的電腦對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)控視頻、每一路視頻圖像控制及現(xiàn)場(chǎng)聲音監(jiān)聽進(jìn)行實(shí)時(shí)查看。根據(jù)平臺(tái)設(shè)置的多級(jí)別訪問權(quán)限，化驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)可隨時(shí)監(jiān)看自己所管轄區(qū)域的視頻圖像，而公司領(lǐng)導(dǎo)是最高權(quán)限者，其可監(jiān)控所有在網(wǎng)視頻圖像。

2.4 生產(chǎn)調(diào)度

生產(chǎn)調(diào)度即為指令通訊系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有廣播、呼叫和通話功能，將進(jìn)行作業(yè)流程預(yù)告、廣播呼叫及電話調(diào)度通信，以輔助控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)實(shí)行控制。系統(tǒng)設(shè)備由主機(jī)、指令端和揚(yáng)聲器組成，其主機(jī)安裝在公司中央控制室。指令端分桌機(jī)和壁掛2種，在中央控制室等處設(shè)置桌式指令端局；在采制樣作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置壁掛式指令端局，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置揚(yáng)聲器。集中控制室現(xiàn)場(chǎng)布置如圖3所示。

圖3 集中控制室現(xiàn)場(chǎng)布置圖

3 創(chuàng)新點(diǎn)

(1)從軟硬件配置、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及地理位置上實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有膠帶中部機(jī)械化采樣機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)測(cè)、控制、調(diào)度指揮功能和數(shù)據(jù)、語音、視頻信息的有機(jī)集成，形成了比較完整的“生產(chǎn)集中控制及調(diào)度指揮中心”。

(2)研制的軟件和硬件解決了不同的取制樣控制系統(tǒng)中不同傳輸協(xié)議與工業(yè)總線的接入問題。

(3)系統(tǒng)除采用冗余環(huán)形網(wǎng)、多終端互備之處，在數(shù)據(jù)服務(wù)器、磁盤陣列、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件及組態(tài)軟件等方面均具備兼容性，建立合理的軟件體系及保證系統(tǒng)的高可靠性，為下一步新的采樣系統(tǒng)的并入提供了必要條件。

(4)膠帶中部機(jī)械化取制樣集中控制系統(tǒng)能夠很大程度提升煤炭機(jī)械化采制樣的效率，提高煤炭采制樣系統(tǒng)的科學(xué)化、現(xiàn)代化，減少操作人員配置數(shù)量，增強(qiáng)其工作安全性。