張漢昌

(陜西正通煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 咸陽(yáng) 713600)

0 引言

帶式輸送機(jī)具有輸送距離長(zhǎng)、運(yùn)量大、連續(xù)運(yùn)輸、運(yùn)行可靠、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和集中控制、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn),已在煤礦得到廣泛的應(yīng)用[1-5]。正通煤業(yè)公司的火車裝車站至洗選廠火車裝車儲(chǔ)煤倉(cāng)的距離長(zhǎng)1 500 m，采用三級(jí)帶式輸送機(jī)將選煤廠火車裝車儲(chǔ)煤倉(cāng)的煤炭運(yùn)至火車裝車站。但火車裝車需煤量大，各級(jí)帶式輸送機(jī)均為大容量設(shè)備，減速器有強(qiáng)制潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，主電動(dòng)機(jī)有強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)，帶式輸送機(jī)自帶防止倒轉(zhuǎn)的盤式制動(dòng)器,各級(jí)帶式輸送機(jī)均配置液壓張緊裝置，輸送帶沿線有拉繩、防跑偏等各種保護(hù)裝置。火車裝車煤流運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施多、輸煤線路長(zhǎng)，為減少帶式輸送機(jī)巡檢人員，經(jīng)研究,設(shè)計(jì)了一種多級(jí)帶式輸送機(jī)的遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)。

1 多級(jí)帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

該集控系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、集中控制層、遠(yuǎn)程管理層(上位機(jī))3層控制模式組成，實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的采集、處理與傳輸,多級(jí)帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 多級(jí)帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)控制模式

2.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層包括:帶式輸送機(jī)輔機(jī)潤(rùn)滑油泵、冷卻風(fēng)扇等防爆就地控制箱,帶式輸送機(jī)盤閘防爆控制箱,液壓漲緊裝置防爆就地控制箱,各種監(jiān)測(cè)傳感器及保護(hù)開(kāi)關(guān)、線纜等。

2.1.1 防爆就地控制箱

帶式輸送機(jī)盤閘防爆就地啟動(dòng)箱和液壓漲緊裝置防爆就地啟動(dòng)箱均具有PLC控制保護(hù)功能，帶式輸送機(jī)及附屬設(shè)備就地控制箱均由啟動(dòng)按鈕、停止/急停按鈕組成，除急停保護(hù)外無(wú)其他的保護(hù)功能。就地控制箱的設(shè)立便于設(shè)備檢修時(shí)的試運(yùn)行，以及帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)故障時(shí)應(yīng)急開(kāi)停機(jī)。

2.1.2 信號(hào)采集及傳輸系統(tǒng)

信號(hào)采集系統(tǒng)主要由各類傳感器、線纜組成，實(shí)現(xiàn)各類信號(hào)的采集和傳輸。PT100熱電偶溫度傳感器對(duì)電動(dòng)機(jī)軸承及定子繞組、減速器各部軸承及其潤(rùn)滑油進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)到的模擬信號(hào)經(jīng)線纜傳輸?shù)絇LC控制柜的IR6I型熱電偶模擬量輸入(RTD)模塊。帶式輸送機(jī)的電參量信號(hào)(電流信號(hào))、轉(zhuǎn)速信號(hào)由高壓變頻柜提供并通過(guò)線纜傳輸?shù)絇LC控制柜的IF16模擬量輸入模塊。系統(tǒng)采用KBZL-220型隔爆縱向防撕裂保護(hù)開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)輸送帶撕裂信號(hào)、KBJ-220型隔爆欠速開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)輸送帶欠速信號(hào)、KBW-220L型隔爆往復(fù)式拉繩開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)輸送帶急停信號(hào)、KBW-220P隔爆二級(jí)跑偏開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)輸送帶跑偏信號(hào)、差壓變送器監(jiān)測(cè)減速器潤(rùn)滑油壓的限值信號(hào)，這些開(kāi)關(guān)信號(hào)均經(jīng)線纜傳輸?shù)絇LC控制柜的IM16I型開(kāi)關(guān)量輸入模塊。高壓電源柜的工作狀態(tài),高壓變頻器的待機(jī)、運(yùn)行、故障停機(jī),帶式輸送機(jī)輔機(jī)(盤閘、液壓漲緊裝置、電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇、減速器風(fēng)扇及其潤(rùn)滑油泵)的狀態(tài)、故障等開(kāi)關(guān)量信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制柜的IM16I型開(kāi)關(guān)量輸入模塊。

2.2 集中控制層

集中控制層主要由高低壓電源柜、高壓變頻啟動(dòng)柜、低壓?jiǎn)?dòng)柜、PLC控制柜組成。

2.2.1 高低壓電源柜

高壓電源開(kāi)關(guān)柜為高壓變頻器及低壓電源柜提供電源。低壓電源柜為帶式輸送機(jī)輔機(jī)、PLC柜提供低壓電源。

2.2.2 高壓變頻啟動(dòng)柜

高壓變頻啟動(dòng)柜是帶式輸送機(jī)主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)設(shè)備，每臺(tái)高壓變頻啟動(dòng)柜具有PLC控制功能，盤面具有人機(jī)界面觸摸屏和變頻器啟停按鈕、工頻啟停按鈕，人機(jī)界面觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的啟停、參數(shù)設(shè)定及故障記錄查詢等功能，工頻啟停按鈕在變頻器故障時(shí)采用工頻應(yīng)急啟動(dòng)帶式輸送機(jī)。變頻器向?qū)?yīng)的高壓電源開(kāi)關(guān)柜提供一對(duì)合閘允許的無(wú)源觸點(diǎn)，該觸點(diǎn)閉合時(shí)，高壓開(kāi)關(guān)才允許合閘，同時(shí)向高壓電源開(kāi)關(guān)柜提供一對(duì)高壓斷路器緊急分?jǐn)嗟臒o(wú)源觸點(diǎn)，該觸點(diǎn)閉合時(shí)高壓開(kāi)關(guān)必須立即分?jǐn)唷?/p>

2.2.3 低壓?jiǎn)?dòng)柜

低壓?jiǎn)?dòng)柜為帶式輸送機(jī)附屬設(shè)備電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)裝置，具有就地啟動(dòng)和試驗(yàn)功能，可以對(duì)帶式輸送機(jī)各輔機(jī)進(jìn)行單機(jī)啟停、試驗(yàn)。

2.2.4 PLC控制柜

采用AB-1756系列可編程控制器，在集中控制層設(shè)控制主站、分站，主站采用冗余CPU結(jié)構(gòu)，在帶式輸送機(jī)高壓變頻器等處設(shè)遠(yuǎn)程I/O分站。系統(tǒng)架構(gòu)采用控制網(wǎng)冗余通信網(wǎng)絡(luò)，便于與控制系統(tǒng)通信[6-7]。

PLC控制柜包括:2塊PA72型電源模塊、2塊CN2R型控制網(wǎng)通信模塊、14塊IM16I型開(kāi)關(guān)量輸入模塊、2塊OW16I型開(kāi)關(guān)量輸出模塊、1塊IF16型模擬量輸入模塊、1塊OF8型模擬量輸出模塊、6塊IR6I型熱電偶模擬量輸入(RTD)模塊、2個(gè)A13型槽機(jī)架、交流穩(wěn)壓電源、直流24V UPS不間斷電源、斷路器、繼電器、HTB-1100S型的單模雙纖光電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等，帶式輸送機(jī)的各種監(jiān)測(cè)信號(hào)通過(guò)線纜傳輸?shù)絇LC控制柜，由PLC實(shí)現(xiàn)各類信號(hào)的運(yùn)算，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令。PLC輸出控制方式有3種，系統(tǒng)采用繼電器輸出方式，輸出電源220 V，輸入方式采用開(kāi)關(guān)量輸入，輸入電源220 V，按鈕方式。多級(jí)帶式輸送機(jī)PLC組成如圖2所示。

圖2 多級(jí)帶式輸送機(jī)PLC組成

2.3 遠(yuǎn)程管理層

遠(yuǎn)程管理層由裝車站的HTB-1100S型單模雙纖光電轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、EK1-2526M型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、兩臺(tái)工控機(jī)、兩臺(tái)顯示器、打印機(jī)、通信線纜組成，下位機(jī)(PLC控制柜)傳輸?shù)耐ㄐ判盘?hào)經(jīng)光纖轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行光電信號(hào)轉(zhuǎn)換，再由工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)拓展工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)通信線纜將電信號(hào)傳輸?shù)絻膳_(tái)工控機(jī)，通過(guò)工控機(jī)、顯示器實(shí)現(xiàn)多級(jí)帶式輸送機(jī)的遠(yuǎn)程集控。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示每部帶式輸送機(jī)及其輔機(jī)各類保護(hù)的工作狀態(tài)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況，為事故的處理和設(shè)備的維護(hù)提供便利。

3 PLC控制系統(tǒng)的工作原理

PLC控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化、工業(yè)控制等技術(shù)，通過(guò)傳感器對(duì)多級(jí)帶式輸送機(jī)及其附屬設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。傳感器將實(shí)時(shí)測(cè)量采集到的運(yùn)行工況參數(shù)(如跑偏、撕裂、拉繩、欠速、溫度、油壓等)通過(guò)工業(yè)控制總線通信技術(shù)，反饋給PLC控制層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。經(jīng)過(guò)PLC綜合處理后，一方面將控制數(shù)據(jù)傳送到現(xiàn)場(chǎng)所控設(shè)備，完成設(shè)備的自動(dòng)啟停；另一方面工業(yè)以太網(wǎng)將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)上位機(jī)的組態(tài)軟件處理成圖像，以友好的人機(jī)畫面提供給帶式輸送機(jī)集控員，集控員根據(jù)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行情況，進(jìn)行具體操作與控制，下達(dá)操作指令，逆向傳輸，通過(guò)上位機(jī)—PLC—現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的順序，完成對(duì)設(shè)備的控制，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化集中控制[8-10]。

4 遠(yuǎn)程集控的功能

遠(yuǎn)程集控方式時(shí)，需將高壓變頻啟動(dòng)器的電源開(kāi)關(guān)柜的遠(yuǎn)程/就地控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于遠(yuǎn)控位置，由遠(yuǎn)程管理層的集控員進(jìn)行設(shè)備的遠(yuǎn)程集中控制。帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)必須先輔機(jī)后主機(jī)，停機(jī)時(shí)先主機(jī)后輔機(jī)。帶式輸送機(jī)開(kāi)機(jī)前必須先打開(kāi)盤閘，起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)減速器的冷卻風(fēng)扇和減速器的強(qiáng)制潤(rùn)滑油泵，確保液壓漲緊裝置正常，電動(dòng)機(jī)及減速器的冷卻風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常，減速器的強(qiáng)制潤(rùn)滑油泵運(yùn)行正常，潤(rùn)滑油壓正常，帶式輸送機(jī)的拉繩開(kāi)關(guān)、失速開(kāi)關(guān)、防撕裂開(kāi)關(guān)、跑偏開(kāi)關(guān)均在正常狀態(tài)，高壓變頻器在待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)，帶式輸送機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)到的狀態(tài)信號(hào)傳遞到集中控制層的PLC控制系統(tǒng)，由PLC發(fā)出帶式輸送機(jī)主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)指令，啟動(dòng)帶式輸送機(jī)。當(dāng)運(yùn)行中的帶式輸送機(jī)發(fā)生以下情況：帶式輸送機(jī)電參數(shù)異常動(dòng)作、拉繩開(kāi)關(guān)動(dòng)作、欠速85%及以下持續(xù)1 min、防撕裂開(kāi)關(guān)動(dòng)作、跑偏開(kāi)關(guān)二級(jí)保護(hù)動(dòng)作(一級(jí)報(bào)警，二級(jí)動(dòng)作)時(shí)，監(jiān)測(cè)信號(hào)傳遞到PLC控制柜，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，發(fā)出立即停機(jī)指令[11]。

帶式輸送機(jī)煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的閉鎖控制啟停順序：逆煤流啟動(dòng)、順煤流停止；任何一部帶式輸送機(jī)故障急停時(shí)，該部帶式輸送機(jī)停機(jī)，上部帶式輸送機(jī)及上上部帶式輸送機(jī)立即停機(jī)。

5 實(shí)際應(yīng)用效果

多級(jí)帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以避免啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，操作人員因誤操作造成帶式輸送機(jī)輔機(jī)未啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)帶式輸送機(jī)主電動(dòng)機(jī)而損壞設(shè)備。多級(jí)帶式輸送機(jī)的聯(lián)鎖啟停避免了下部帶式輸送機(jī)急停時(shí)造成的堆煤現(xiàn)象，減少了人工清理工作。該系統(tǒng)在正通煤業(yè)公司火車裝車系統(tǒng)進(jìn)行了具體的實(shí)施，能夠根據(jù)上位機(jī)顯現(xiàn)帶式輸送機(jī)故障現(xiàn)象準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，有助于及時(shí)處理帶式輸送機(jī)各類事故，減少了帶式輸送機(jī)維修人員及巡檢人員，提高了多級(jí)帶式輸送機(jī)生產(chǎn)安全可靠性，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

6 結(jié)論

基于工業(yè)以太網(wǎng)的多級(jí)帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了火車裝車系統(tǒng)三級(jí)帶式輸送機(jī)的聯(lián)鎖啟停，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確，PLC控制系統(tǒng)相應(yīng)靈敏，保護(hù)功能完善。煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的集控系統(tǒng)采用控制網(wǎng)冗余通信網(wǎng)絡(luò)，可與控制系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)各類信息集成，與礦井實(shí)現(xiàn)信息互通、共享，為礦井實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化、信息化創(chuàng)造條件。