郝 珉

（汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)，山西 孝義 032300）

引言

軌道運(yùn)輸在我國(guó)各大礦區(qū)應(yīng)用廣泛，是井下運(yùn)輸矸石、物料的主要運(yùn)輸方式。尤其是對(duì)于一些服務(wù)年限較長(zhǎng)的礦井，受限于巷道空間等因素，井下軌道布置錯(cuò)綜復(fù)雜，加之繁重的運(yùn)輸任務(wù)，如果缺乏可靠調(diào)度及有效監(jiān)控，容易造成運(yùn)輸機(jī)車頂頭、撞車、追尾、出軌、翻車等不同嚴(yán)重程度的事故，對(duì)礦井安全高效運(yùn)輸造成較大隱患[1-4]。因此，有必要對(duì)礦井的軌道運(yùn)輸工作展開優(yōu)化研究。

1 工程概況及研究背景

實(shí)踐礦井井深為400 m，現(xiàn)生產(chǎn)水平為-375 m，煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)采用皮帶輸送機(jī)，物料輔運(yùn)系統(tǒng)采用軌道機(jī)車運(yùn)輸，負(fù)責(zé)將采掘工作面的煤炭和矸石等運(yùn)出，并將井下的物料運(yùn)至采掘地點(diǎn)。隨著采掘工作的不斷深入，井下軌道鋪設(shè)越來越遠(yuǎn)，軌道交叉工作情況越來越多，軌道機(jī)車的運(yùn)輸任務(wù)也越來越繁重，目前-375 m 水平共有11 輛架線電機(jī)車進(jìn)行軌道運(yùn)輸，機(jī)車的合理調(diào)度及安全運(yùn)行難度越來越大。礦井運(yùn)輸系統(tǒng)原有一套監(jiān)控系統(tǒng)，亟需進(jìn)行改進(jìn)。

1）運(yùn)輸機(jī)車無法準(zhǔn)確定位。原監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)老舊，長(zhǎng)時(shí)間井下潮濕環(huán)境影響，傳感器精度降低，導(dǎo)致運(yùn)輸機(jī)車定位出現(xiàn)偏差或者無法定位到，給運(yùn)輸調(diào)度工作造成不利影響。

2）運(yùn)輸機(jī)車工況無法實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于井下運(yùn)輸機(jī)車數(shù)量較多，且一半以上的機(jī)車使用年限已超過5 年，造成機(jī)車故障率較高，礦井還未實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車工況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在機(jī)車養(yǎng)護(hù)、故障處置方面還需進(jìn)行改善。

3）未實(shí)現(xiàn)智能化、可視化等監(jiān)控功能。機(jī)車目前缺乏高效調(diào)度，工作效率較低，且未實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)度、可視化監(jiān)控顯示功能，無法掌握機(jī)車的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于合理安排工作線路、調(diào)度車輛位置、進(jìn)行道岔切換等缺乏有效指導(dǎo)。

2 智能監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 智能監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

智能監(jiān)控系統(tǒng)遵循地面監(jiān)控層、PLC 控制層、井下設(shè)備層的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1 所示。地面監(jiān)控層設(shè)置在調(diào)度室，主要由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、打印機(jī)等組成；PLC 控制層主要由一個(gè)控制主站和相關(guān)控制分站組成，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)信息指令的上傳下達(dá)，其功能設(shè)計(jì)及工作效率直接決定整個(gè)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)；井下設(shè)備層通過供電電路及以太網(wǎng)絡(luò)接入PLC 控制層，主要包括現(xiàn)場(chǎng)的電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)、道岔指示器、軌道計(jì)軸器、信號(hào)機(jī)、語音箱、觸摸屏、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等組成[5-6]。

PLC 控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)至關(guān)重要，根據(jù)該礦具體情況和系統(tǒng)改造要求，要求實(shí)現(xiàn)的基本功能有：準(zhǔn)確定位系統(tǒng)內(nèi)機(jī)車的實(shí)時(shí)位置、行進(jìn)方向和行進(jìn)速度，并在地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)運(yùn)行圖中進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示；智能控制或者根據(jù)地面調(diào)度室指令，對(duì)電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)、道岔指示器、信號(hào)機(jī)、語音箱等進(jìn)行控制，根據(jù)要求下達(dá)道岔切換指令等；完成供電網(wǎng)絡(luò)及通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)布置，保證數(shù)據(jù)信息的實(shí)施傳輸。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及軟件設(shè)計(jì)

在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中，由于要實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)上傳、視頻監(jiān)控、采集信息、指令收發(fā)等功能，三層模塊之間需要較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。設(shè)計(jì)應(yīng)用西門子S7-1200 型PLC 的以太網(wǎng)絡(luò)接口，基于交換機(jī)作用，將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換及傳輸，構(gòu)建起供系統(tǒng)應(yīng)用的內(nèi)部工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，并搭建起機(jī)車設(shè)備實(shí)時(shí)顯示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。為便于設(shè)備耦合對(duì)接以及支持S7-1200 型PLC 的編程組態(tài)，使用西門子STEP7-V13 編程軟件進(jìn)行本系統(tǒng)軟件開發(fā)，即WINCC 計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控軟件，主要分系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)管理、監(jiān)控界面三大模塊，如圖2 所示，可實(shí)現(xiàn)用戶管理、故障記錄、運(yùn)行記錄、報(bào)表打印、監(jiān)控操作等功能。WINCC 與PLC 控制主站在內(nèi)部工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)中，通過IP 地址配置進(jìn)行通訊連接，實(shí)現(xiàn)軟硬件系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。

圖2 控制系統(tǒng)工作流程示意圖

3 應(yīng)用情況分析

根據(jù)設(shè)計(jì)的總體方案、軟件程序及工作流程，研發(fā)出礦井軌道運(yùn)輸智能監(jiān)控系統(tǒng)，并在該礦實(shí)踐應(yīng)用。監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)使用后，符合設(shè)計(jì)預(yù)期，順利通過多項(xiàng)驗(yàn)收，并實(shí)現(xiàn)了以下功能及特性：

1）運(yùn)輸機(jī)車精確定位及實(shí)時(shí)顯示。在每部機(jī)車上安裝帶有其信息的識(shí)別卡，基于無線射頻技術(shù)，并與軌道計(jì)軸器共同作用，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸機(jī)車的精確定位，并將定位數(shù)據(jù)上傳，在調(diào)度室計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示其位置以及與其他機(jī)車的位置關(guān)系，同時(shí)，基于視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)有了更直觀的展示，便于調(diào)度操作。

2）軌道道岔遠(yuǎn)程控制功能。道岔實(shí)現(xiàn)了就地控制、遙控器控制以及系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制功能，同時(shí)，道岔的切換狀態(tài)可實(shí)時(shí)上傳，并在調(diào)度室計(jì)算機(jī)以電子圖形的方式進(jìn)行直觀展示；同時(shí)，道岔具備閉鎖功能，系統(tǒng)執(zhí)行遠(yuǎn)程調(diào)度指令時(shí)，自動(dòng)將道岔進(jìn)行閉鎖，防止誤操作。

3）故障分析及應(yīng)急處置功能。系統(tǒng)對(duì)運(yùn)輸機(jī)車、其他電氣設(shè)備、軌道、保護(hù)系統(tǒng)等進(jìn)行不間斷監(jiān)控，動(dòng)態(tài)分析設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，一旦出現(xiàn)參數(shù)失?；蚱渌惓Ｇ闆r，將立即采取緊急停車等應(yīng)急處置措施，并發(fā)出故障警報(bào)，使系統(tǒng)處于安全高效的運(yùn)行狀態(tài)。

4 結(jié)語

礦井軌道運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)運(yùn)行至今，保持著穩(wěn)定的狀態(tài)，對(duì)于運(yùn)輸機(jī)車的動(dòng)態(tài)監(jiān)控、車輛調(diào)度、故障分析處置等發(fā)揮了關(guān)鍵作用，且整個(gè)系統(tǒng)操作便捷，維護(hù)簡(jiǎn)單，可靠性高，對(duì)整個(gè)軌道運(yùn)輸工作切實(shí)起到了優(yōu)化改良作用。