系列化设计的煤矿用带式输送机集中控制系统的技术优势及应用分析

系列化设计的煤矿用带式输送机集中控制系统的技术优势及应用分析

邱国强

平安开诚智能安全装备有限责任公司，安徽 淮南 232001

摘要：当前煤矿行业自动化技术装备普及率越来越高，其优缺点也越发凸显。此时，针对单部带式输送机保护控制装置进行优化设计，针对不同输送系统逐级提高设备配置硬件水平和软件平台建设，可有效降低煤矿带式输送机建设和维护成本，提高煤矿运输设备的自动化水平。

关键词：带式输送机；综合保护装置；自动化。

0.引言

带式输送机（以下简称皮带机）是煤矿井下原煤运输系统的主要装备之一。随着原煤运输距离的延长，皮带输送系统下包含多部皮带机装置的情况早已广泛出现。同一系统下的多台就地保护控制装置经常出现互相之间不兼容、不通用、集控通讯稳定性差的情况，增加了系统维护使用负担，与自动化运行、降低成本的建设初衷背离。

因此提出将系列化设计思路引入煤矿用带式输送机集中控制系统的设计中，综合考虑系统与用户需求的匹配度，注重设备的日常检修与维护成本控制，有效延长设备使用寿命、降低运行维护成本。

1.核心控制器件选型和组网方式选择

以某能源集团为例，各矿皮带系统一般使用西门子、罗克韦尔两种可编程控制器（即PLC）。罗克韦尔产品供货期长、价格贵、易断供，弊端较多。西门子产品应用广泛、供货及时。部分国产兼容型PLC可在西门子产品断供时进行无缝替代。中长期看来应用西门子PLC综合成本较低，适合作为核心控制器件。

集控系统的组网方式主要分为2类：

RS485通讯方式，使用屏蔽电缆组网；一般为通用型协议（如ModbusRTU）或品牌专用型协议（如西门子Profibus-DP）。可用于老旧设备间通讯、控制箱与变频器或传感器间的信号传输。此方式容易受到巷道内变频器等设备的电磁干扰；若要改为光纤传输，硬件设施需要重复建设，成本高、效果差，不适合作为主要的集控系统通讯网络搭建方式。

以太网通讯方式，使用网线或光缆组网，可基于矿井网络设施进行搭建。接口为RJ45以太网接口（电口）或单模光纤SC接口（光口）；一般为通用型协议（如ModbusTCP）或品牌专用型协议（如西门子Profi-net）。此方式硬件组网灵活、可免除重复建设，软件设置调整便捷、先进高效，是当前及未来主流的集控系统通讯网络搭建方式。

2.皮带机保护要求

按照《煤矿安全规程》要求，采用滚筒驱动带式输送机运输时，不论是用于掘进、开拓、采煤单位的“小皮带”还是主运输系统的“大皮带”，均应当配置完备的综合保护措施。在设计系列化保护控制系统时，可按照“最大公约数”思路，统一按照全面且有冗余的保护接口设计，精简设备型号数量。

3.系列化设计规划

“大、小皮带”保护控制设备，均使用西门子PLC，接口设置齐全，配置有7~12寸级本安型触控屏、百兆光电工业交换机。各控制箱之间均使用网线或光缆连接，集控站点位置可灵活布置。沿线扩音电话使用相同型号并且具备CAN总线器件，可采集跑偏、拉线急停、纵撕保护信号等多种传感器的具体故障地址信息，通讯反馈给PLC。扩音电话及其配套电缆使用多芯快插、非快插两种配置方式，方便用户灵活选择。

软件上，全系使用相同的通讯协议，兼容性强、可靠性高，不同设计级别的集控系统之间可向下兼容、拓展升级。

硬件上，各级别控制箱尽可能使用了同型号器件，可减轻用户备件储备压力，降低后期维护成本。下述KXJ（A）~（D）型隔爆兼本安型可编程控制箱，尺寸由最小的“微波炉”到“大冰箱”逐级放大设计，便于用户现场安装布设；机电结构设计上风格延续，紧凑实用、美观大方。以下描述仅列出其功能概况：

(1)皮带集控1.0（基础型）配置

可用于各矿现有小皮带集控系统，性价比极高。

集控KXJ（B）：西门子S7-200smart，至多控制6台就地设备。

就地KXJ（A）：西门子S7-200smart，2台直接启动电机的控制接口。

(2)皮带集控2.0（标准型）配置

可用于各矿新建小皮带集控系统，满足变频电机的保护控制需要。

集控KXJ（B）：西门子S7-200smart，至多控制6台就地设备。

就地KXJ（B）：西门子S7-200smart，2台永磁水冷变频电机的保护控制接口。

(3)皮带集控3.0（增强型）配置

可满足部分矿井的主运系统建设需要。控制箱性能良好，性价比高。

集控KXJ（C）：西门子S7-1200，至多控制6台就地设备。

就地KXJ（B）：西门子S7-1200，2台永磁水冷变频电机的保护控制接口，冗余配置备份IO接口。

(4)皮带集控4.0（全能型）配置

可满足绝大部分矿井的主运系统建设需要，性能优良，可扩展性强。

作为主运输系统，一般需要为使用单位在指定的地面集控站点提供上位机及相关网络设备，提供集控画面按需编程服务。

集控KXJ（D）：可选西门子S7-1200，至多控制8台就地设备。

就地KXJ（C）：可选西门子S7-1200，4台永磁水冷变频电机的保护控制接口，冗余配置备份IO接口。

(5)皮带集控5.0（综合平台型）配置

在4.0系统基础上，井下集控站点增设隔爆型计算机，优化操作台设计，提供满足人体工程学设计的井下集控站点综合布局。增强与其他矿井自动化系统的功能联动，拓展数据接口性能，包括但不限于：煤流调速传感器、掘进机后配套运输系统、单轨吊运输系统、视频AI识别系统、智能语音系统、电力监控系统、ERP系统、智慧工厂系统等。作为矿井综合自动化级产品，集控软件编程和组态画面上需要为用户进行个性化调试、提供长期跟踪服务。

4.技术优势及应用分析

(1)拓展式建设，降本增效。

系列化设计的皮带集控系统，可根据煤矿生产进度进行逐级、分区建设。

在开拓、掘进、采煤单位设置集控1.0~2.0小皮带系统，在主运巷道内设置集控3.0~4.0大皮带系统。在规模较大的煤矿中，建设集控5.0系统时可下辖两、三套集控大皮带系统和多套小皮带系统，联动矿井其他自动化、信息化系统，实现综合智能化建设。

皮带系统由低版本逐步升级时，控制箱可以互相兼容或部分替换，大部分设备无需淘汰更换，总体成本低。

(2)模块化设计，维保无忧。

系列化设计后尽可能减少了控制箱内器件型号的种类数量，可实现多套控制箱间应急拆换模块保障运转，极大降低了矿井备件库运行费用、减轻维护人员识图、学习压力。

(3)智慧化建设，智能高效。

编程调试人员只需要复制、粘贴主体程序内容，根据各皮带进行参数微调即可完成单部皮带机调试；主要精力可用于集控4.0、5.0版本的平台画面、数据库设置、多系统联动调试等关键环节，整体工作效率大幅度提升。

5.结语

系列化设计按照高兼容性、模块化设计理念对皮带集控类产品的设计发展进行研讨、规划，实现了不同级别产品之间的延续性、扩展性，最终实现降本增效目标。不仅能够适应未来全矿井自动化建设的减员增效、降本增效要求，还能够为智慧矿山建设打下可靠基础。

参考文献：

[1]2022年新版《煤矿安全规程》（应急管理部令第8号）

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