陳 鑫

（洛陽(yáng)義安礦業(yè)有限公司，河南 新安 471800）

義安礦井下采掘作業(yè)地點(diǎn)運(yùn)煤、排矸均通過(guò)主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)，系統(tǒng)由各采掘地點(diǎn)帶式輸送機(jī)、采區(qū)帶式輸送機(jī)、主斜井帶式輸送機(jī)、平地上倉(cāng)帶式輸送機(jī)、破碎機(jī)及刮板運(yùn)輸機(jī)等組成。目前，該系統(tǒng)自動(dòng)化水平較低，原各運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備啟停均為人工操作，存在用工多、職工勞動(dòng)強(qiáng)度大及運(yùn)輸效率低等問(wèn)題[1-5]。

1 系統(tǒng)概況

（1）運(yùn)輸工藝流程

井下采掘作業(yè)地點(diǎn)煤矸石首先經(jīng)帶式輸送機(jī)被運(yùn)至車場(chǎng)煤倉(cāng)，通過(guò)煤倉(cāng)轉(zhuǎn)載至采區(qū)一、二部帶式輸送機(jī)，然后運(yùn)至采區(qū)煤倉(cāng)，經(jīng)采區(qū)煤倉(cāng)轉(zhuǎn)載至主斜井帶式輸送機(jī)，之后經(jīng)平地上倉(cāng)帶式輸送機(jī)運(yùn)至平地煤倉(cāng)上口破碎機(jī)處，煤矸石經(jīng)破碎后通過(guò)刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)至平地煤倉(cāng)內(nèi)。主煤流運(yùn)輸工藝流程示意圖如圖1，各設(shè)備技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

圖1 主煤流運(yùn)輸工藝流程示意圖

（2）控制及保護(hù)系統(tǒng)

主煤流帶式輸送機(jī)均安裝有剎車裝置、防下滑逆止裝置及液壓張緊裝置；各大保護(hù)齊全可靠，具有跑偏、煙霧、撕裂、沿線急停、速度等保護(hù)裝置。系統(tǒng)通過(guò)KTC101-Z 綜保主機(jī)及CST 啟動(dòng)傳輸裝置實(shí)現(xiàn)控制及保護(hù)功能。KTC102-Z 通過(guò)自身COM1、COM2兩個(gè)串孔進(jìn)行通訊，因產(chǎn)品更新?lián)Q代，COM1 僅支持RS232 傳輸，COM2 僅支持RS465傳輸。CST 啟動(dòng)傳輸裝置因設(shè)備廠家或批次的不同導(dǎo)致其通訊接口形式不一，支持SLC5/04、1756-L55、RS232 及1756-L61 等傳輸形式。具體通訊接口情況見(jiàn)表2。

表2 KTC101-Z 與CST 通訊接口情況

2 系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

本次采用KXJ660 本安型PLC 控制箱，質(zhì)量360 kg，外形尺寸：長(zhǎng)1 110.5 mm、寬805.5 mm、高1120 mm，外殼材質(zhì)為Q335。

（1）PLC 控制箱工作原理及配置

如圖2 所示，PLC 控制箱的關(guān)鍵核心為礦用PLC，一方面通過(guò)數(shù)據(jù)采集傳感器采集各個(gè)開關(guān)量及模擬量數(shù)據(jù)，之后進(jìn)行運(yùn)算及判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制；另一方面接收上一級(jí)操作臺(tái)的控制命令，實(shí)現(xiàn)控制及保護(hù)設(shè)備的目的。PLC 控制箱配置明細(xì)見(jiàn)表3。

表3 PLC 控制箱配置明細(xì)表

圖2 PLC 控制箱工作原理

（2）自動(dòng)化集控系統(tǒng)改造

自動(dòng)化集控系統(tǒng)由已開發(fā)應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化軟件及自主開發(fā)的模塊組成。其中，工業(yè)自動(dòng)化軟件主要采用IFIX5.8 軟件，配套IFIX 客戶端開發(fā)、運(yùn)行軟件及SCADA 冗余組件；自主開發(fā)的模塊為系統(tǒng)集控模塊及子系統(tǒng)接入模塊。系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)布置示意圖如圖3，自動(dòng)化系統(tǒng)主要組成及其功能見(jiàn)表4。

圖3 系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)布置示意圖

表4 自動(dòng)化系統(tǒng)主要組成及功能表

（3）通信系統(tǒng)改造

結(jié)合設(shè)備通訊現(xiàn)狀，制定了針對(duì)性的改造方案。KTC101-Z 綜保主機(jī)原通訊接口為RS232 及RS485兩種通信接口，現(xiàn)將RS232 通信接口統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為RS485，詳見(jiàn)表5。PLC 控制站為新增設(shè)備，相應(yīng)增加支持MODBUS 協(xié)議的 MVI56E-MCM 通信模塊。CST 通訊接口改造后采用DHRIO、RS485、EN2T 方式進(jìn)行通訊，詳見(jiàn)表6。

表5 KTC101-Z 通信接口改造表

表6 CST 通信接口改造表

3 系統(tǒng)功能

3.1 顯示功能

系統(tǒng)軟件平臺(tái)建立有關(guān)帶式輸送機(jī)的數(shù)字量及模擬量，數(shù)字量包含帶式輸送機(jī)各類保護(hù)、運(yùn)行狀態(tài)及工作模式等，模擬量包含帶式輸送機(jī)溫度、電動(dòng)機(jī)電壓及CST 油溫等。數(shù)字量及模擬量與現(xiàn)場(chǎng)KTC101-Z 及CST 保持通訊，可直接采集其數(shù)據(jù)。采集KTC101-Z 及CST 數(shù)據(jù)后，傳送至控制中心上位機(jī)，一方面顯示帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)，另一方面提供各個(gè)模擬量變化曲線、故障及報(bào)警記錄等。

3.2 控制功能

新系統(tǒng)的控制方式分為就地控制及遠(yuǎn)程控制。其中，就地控制分為檢修控制及集中控制，遠(yuǎn)程控制分為單臺(tái)設(shè)備控制及集中控制。

（1）就地檢修控制

直接在KTC101-Z 及CST 上打開就地檢修開關(guān)，解除設(shè)備控制與檢修維護(hù)的閉鎖功能，即可進(jìn)入就地檢修模式。

（2）就地集中控制

恢復(fù)設(shè)備控制與檢修的閉鎖程序，在KTC101-Z上打開就地集中控制開關(guān)，使KTC101-Z 重新進(jìn)入新的驅(qū)動(dòng)程序，即可進(jìn)入就地集中控制模式。

（3）遠(yuǎn)程單臺(tái)設(shè)備控制

在設(shè)備控制與檢修閉鎖的情況下，即可遠(yuǎn)程對(duì)單臺(tái)帶式輸送機(jī)進(jìn)行啟?？刂?。

（4）遠(yuǎn)程集中控制

在設(shè)備控制與檢修閉鎖的情況下，在控制中心打開遠(yuǎn)程集中控制開關(guān)，確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)各部帶式輸送機(jī)搭接關(guān)系，設(shè)定集控參數(shù)，選擇聯(lián)鎖控制模式，即可進(jìn)入一鍵啟?？刂啤?/p>

3.3 預(yù)警功能

實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與調(diào)度語(yǔ)音廣播系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，語(yǔ)音廣播系統(tǒng)隨即進(jìn)行廣播預(yù)警。

4 一鍵啟?？刂圃O(shè)計(jì)

一鍵啟停控制程序框架圖如圖4。一鍵啟動(dòng)前，主煤流系統(tǒng)設(shè)備均處于停機(jī)狀態(tài)。一鍵啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，發(fā)送清除軟故障命令，同時(shí)進(jìn)行啟動(dòng)參數(shù)設(shè)置。若判斷遠(yuǎn)程集控狀態(tài)、CST 及變頻器信號(hào)等正常，滿足啟動(dòng)條件后，進(jìn)入逆煤流啟動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的程序，直至全部啟動(dòng)成功。若任一設(shè)備未成功啟動(dòng)時(shí)，則進(jìn)入預(yù)警返回模式，之后再次進(jìn)行啟動(dòng)。一鍵停機(jī)時(shí)，進(jìn)入順煤流停止設(shè)備的程序，直至全部停機(jī)成功。若一鍵啟停過(guò)程中發(fā)生突發(fā)狀況，直接打開就地或遠(yuǎn)程急停開關(guān)，立即停止設(shè)備的運(yùn)行。

圖4 一鍵啟?？刂瞥绦蚩蚣軋D

5 系統(tǒng)改造效果

義安煤礦在原主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加羅克韋爾控制器及其通訊模塊，直接解決KTC101-Z 及CST 與系統(tǒng)的通訊問(wèn)題。系統(tǒng)改造后，首先通過(guò)調(diào)度室控制中心上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、保護(hù)狀態(tài)及帶式輸送機(jī)的溫度、速度等重要參數(shù)；其次，及時(shí)、直觀掌握設(shè)備的故障狀況，提供語(yǔ)音廣播系統(tǒng)報(bào)警等功能；最后，利用系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制功能，實(shí)現(xiàn)了主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，達(dá)到預(yù)期目的。義安煤礦原主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)每班需5 名設(shè)備司機(jī)，系統(tǒng)改造后，每班僅需2人巡視、檢查設(shè)備，每班減少崗位工投入3 人，每人工資按220 元/班，則每年節(jié)省人工成本48.2萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)減人增效的目標(biāo)。

6 結(jié)論

（1）義安煤礦在原主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加PLC 控制箱等設(shè)備，改造設(shè)備通訊接口，采用羅克韋爾控制器及其通訊模塊，使新老系統(tǒng)之間無(wú)縫融合。新系統(tǒng)能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，準(zhǔn)確判斷及預(yù)警設(shè)備故障，另外通過(guò)應(yīng)用一鍵啟停功能，順利實(shí)現(xiàn)了主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。

（2）系統(tǒng)改造后，每班減少崗位工投入3 人，每年節(jié)省人工成本48.2 萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)了減人增效的目標(biāo)。義安礦主煤流自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造的成功實(shí)施，對(duì)類似帶式運(yùn)輸系統(tǒng)的改造具有借鑒意義。