1、概况
1.1技术概况
山东济宁运河煤矿有限责任公司位于济宁市南张镇。运河煤矿设计采用一对立井开拓方式，开采采用综采放顶煤工艺，高产高效。运河煤矿主运皮带机运输系统由17部皮带机、6部给煤机等组成。正常运行时，控制方式采用手动控制方式，在实际生产中，开机联系方式较为繁琐，司机需先用电话联系确认之后方可打点开机，效率较低；开机过程中对司机注意力要求较高，需时刻观察皮带机运行情况及煤炭运输情况。本课题通过设计改造井下煤流系统控制方式、视频监控及语音通信，实现井下煤流的自动化远程控制，实现皮带机自动运行，岗位无人值守，减少了操作人员，提升了设备运行效率，提高了设备安全运行系数。
1.2项目研究的目的意义
本项目通过自动化改造实现矿井煤流系统的自动化运行，提高矿井皮带机运输系统的整体稳定性和可靠性，进一步完善了煤流系统存在的弊病及保护系统。另外矿井煤流系统无人值守的顺利实现可消除人的不安全因素，操作失误给矿井供风带来的影响，降低安全管理的难度。通过无人值守可以极大的解放生产力，大大的降低生产成本是矿井实现自我突破的不二选择。
2、研究现状
2.1国内同类技术应用情况
煤矿井下皮带集控技术在实质上是一种对机械动作进行安排、管理、保护的自动化操作系统。系统所采用的是可以用来编程的控制器，这种可编程控制器有很高的可靠性和灵活性。煤矿皮带运输机的控制系统可以实现不同结果的自动化控制系统。该系统所达到的最大目标是组建成可以完全将信息储存、系统监控、工作管理融为一体的新型自动化运行系统。煤矿井下皮带机的集控改造是存在于一定环境上的，井下的工作动作比较辛苦，而且稍有不慎就会有安全隐患，所以如何对井下煤矿皮带机集控技术进行完善是需要突破的一个问题。鉴于此状，运河煤矿矿井集智能化控制、大数据视频监控、IP广播为一体的井下煤流运输系统无人值守平台的设计及应用仍然是一个很大的创新与改革，走在了国内领先的水平。
2.2研究现场
井下皮带机控制方式存在一定缺陷：传统继电器控制不稳定，易产生触点接触不良，造成皮带机掉电；控制线缆抗干扰能力弱，控制距离过长、电缆易老化等严重影响开关吸合稳定性；巷道条件差，空气湿度大，对各类保护机械触点的腐蚀性强；信号系统功能单一，联络开停机方式繁琐；巷道距离较长，联系巷道内人员较困难。这些问题的出现必须解决，否则皮带机的硬件设施达不到无人值守及自动化运行的要求。由于现场环境因素影响、硬件设施缺陷，对皮带机远程集中控制系统的安全可靠性是很大的挑战。如果安全性能得不到保障会对系统造成出现不可挽回的损失。
2.3调研情况
2.3.1我矿现阶段井下皮带机控制系统，大部分采用继电器控制方式，利用外接按钮进行操控。皮带保护主机一般采用型号为 KXJ-5的主机对现场保护进行监控。信号联络方式为传统的打点模式。
2.3.2针对目前我矿井下皮带机现状，我矿技术人员通过与厂家协商并通过不断的模拟演练和不断的完善修改。井下皮带集中控制系统，采用计算机分布式控制系统（DCS），利用工业以太环网作为通信平台，控制系统由地面监控中心，井下防爆兼本安型可编程控制器和系统线缆网络组成。地面两台计算机采用冗余技术，互为备用。井下防爆兼本安型监控分站KXJ-127，采用西门子系列可编程控制器为核心，分别完成信号采集及控制相关皮带任务，并通过光缆与地面集控中心通信，以达到皮带单台、皮带间连锁集控。同时系统安装5套料位检测系统。分别安装于-725东翼煤仓、七采区一部煤仓、七采区转载皮带煤仓、490东翼皮带煤仓和七采区北翼煤仓上。
2.3.3集控系统由PLC控制站、保护传感器、视频监控系统、语音通讯系统组成，系统的控制方式为地面集控中心 + PLC主控站 + 控制台+PLC分控站。
井下主控站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，通过外接的显示屏为井下巡检人员提供整个系统的运行工况，主控站通过以太网通讯接口将集控数据上传至地面集控中心。
2.3.4参考我矿主井提升机系统无人值守和通风机无人值守的成功经验，制定了井下煤流系统无人值守的监控和巡检制度，井下煤流监控台设置井上变电所内，由操作工负责监控以及应急处置，巡检工作由指定的巡检人员负责，以保证运行过程中有突发情况能够得到有效解决。
3、研究目标及结果
3.1研究目标
本课题以实现井下煤流自动化运行及无人值守为目的，且提高皮带机运输系统的安全性和可靠性，重点解决PLC顺序控制、各类保护设备的选择、通讯方式和设备的选择和使用、各类监控设备的完善等问题。
3.2研究结果
本课题通过工业以太环网作为通信平台，5个井下控制主站、12个井下控制分站、1个地面集控主站实现了井下皮带机的自动化运行。井下视频系统、井上集控大屏幕显示系统。井下语音对讲系统、井上集控IP广播系统。数据传输采用光纤通讯，由-490变电所传输至地面集控中心实现了井下煤流系统的无人值守。
4、技术关键与创新点
井下煤流系统无人值守的实现，关键的问题是硬件设施的可靠性与安全性，软件程序设计的合理性与人性化，这两者之间相辅相成，缺一不可。
硬件设施的选择至关重要，其中PLC控制器、操作台、各类保护开关的选择决定着皮带机控制系统是否可靠的关键因素，软件程序的设计是厂家人员根据矿现场应用要求进行编辑的：该程序在设计过程中完全贴合井下皮带机运行要求、易操作、安全、可靠。
井下煤流无人值守其创新点主要体现在完善了井下皮带机集控系统：
1.将目前先进的PLC工业自动化控制原理应用于煤矿井下煤流控制系统。通过内部严密的程序逻辑控制克服了顺煤流启动、逆煤流停止及单台启动停止的衔接配合问题，使系统具备更强的安全可靠性。
2：该系统具备现场操作台和远程控制台控制和监控功能。现场操作台配有控制按钮和声光报警装置。远程控制台控制可以实现与现场操作台相同功能的操作此项功能使该系统具备了井下煤流无人值守的条件。
3：在远程控制端设置了强大的人机交互界面：人员可以远程查看皮带机的所有的运行参数并实现远程多方式下的操作。
4：通过远程桌面开发系统完成了新监控系统与调度监控监视系统的有机结合，实现了皮带机性能参数的双监控大大提高了皮带机运行的安全性能。
5：先进性，可靠性：该系统的设计原则充分利用先进的自动化技术、网络技术、信息技术、视频技术为矿井的生产管理提供数据、图像等类型的信息，使生产过程自动化与生产调度管理的信息化走向一体，实现管控一体化。本设计在各设备集中控制系统的基础上与网络监控系统有机的融为一体，使技术更先进，可靠性更高扩展与升级更容易，具有故障自诊断功能，做到够用、使用、好用、易扩展，使系统总体性能达到国内同行业的先进水平。