劉 偉

(太原理工大學(xué) 電氣與動(dòng)力工程學(xué)院，太原 030024)

地面原煤運(yùn)輸集控系統(tǒng)的可靠性關(guān)系著煤礦生產(chǎn)是否安全可靠的重大問題,在煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域已受到越來越多的關(guān)注。某煤炭企業(yè)的地面原煤膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)由1號(hào)皮帶、1號(hào)篩、中粒度帶、中粒度倉(cāng)、2號(hào)皮帶、2號(hào)篩、粒度帶、粒度倉(cāng)、轉(zhuǎn)角帶、倉(cāng)帶和原煤倉(cāng)等組成,可概括為由 6 條膠帶輸送機(jī)、3個(gè)煤倉(cāng)、2個(gè)振動(dòng)篩以及控制設(shè)備等組成,其運(yùn)輸系統(tǒng)見圖1。

由于該地面原煤運(yùn)輸系統(tǒng)采用單個(gè)設(shè)備對(duì)膠帶機(jī)及振動(dòng)篩進(jìn)行簡(jiǎn)單人工手動(dòng)操作,只有簡(jiǎn)單的單個(gè)控制設(shè)備保護(hù),沒有構(gòu)成一個(gè)整體的系統(tǒng),導(dǎo)致原煤運(yùn)輸系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生故障影響安全生產(chǎn),為了保障設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行,本文設(shè)計(jì)以PLC為控制核心的地面原煤輸送系統(tǒng),并采用視頻監(jiān)控的方式加強(qiáng)地面原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的監(jiān)控水平,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離集中控制和監(jiān)控相結(jié)合,提高地面原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)化水平[1]。

圖1 地面原煤運(yùn)輸系統(tǒng)示意圖Fig.1 Raw coal transportation system

1 控制系統(tǒng)要求

膠帶集控系統(tǒng)要求對(duì)倉(cāng)帶、轉(zhuǎn)角帶、粒度帶、2#篩、2#皮帶、中粒度帶、1#篩和1#帶進(jìn)行集中控制并給主帶留一個(gè)狀態(tài)控制信號(hào)。每臺(tái)設(shè)備采集四個(gè)狀態(tài)(起動(dòng)、停止、運(yùn)行、故障)。給每部膠帶機(jī)配置拉線開關(guān),用以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)緊急停車。配置有跑偏、煤位、煙霧、撕裂等保護(hù)功能,構(gòu)成較完善的監(jiān)控系統(tǒng)。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求由攝像、傳輸、控制、顯示和記錄五大部分組成,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視、實(shí)時(shí)錄像、錄像回放。視頻監(jiān)視系統(tǒng)采用優(yōu)質(zhì)一體化工業(yè)攝像機(jī)。視頻設(shè)備應(yīng)選擇具有在低照度下良好拍攝的能力,并配置大屏幕液晶電視用于監(jiān)視。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

根據(jù)要求監(jiān)控地點(diǎn)選用礦用隔爆兼本質(zhì)安全型攝像儀。主井口膠帶機(jī)頭:選用進(jìn)口一體化變焦攝像機(jī)焦攝像機(jī)1臺(tái)。1#振動(dòng)篩:選用低照度彩色攝像機(jī)定焦攝像機(jī)1臺(tái)。1#膠帶頭:選用低照度彩色攝像機(jī)定焦攝像機(jī)1臺(tái)。1#膠帶尾:選用低照度彩色攝像機(jī)定焦攝像機(jī)1臺(tái)。2#振動(dòng)篩:選用低照度彩色攝像機(jī)定焦攝像機(jī)1臺(tái)。2#膠帶頭:選用低照度彩色攝像機(jī)定焦攝像機(jī)1臺(tái)。2#膠帶尾:選用低照度彩色攝像機(jī)定焦攝像機(jī)1臺(tái)。粒度帶尾:選用低照度彩色攝像機(jī)定焦攝像機(jī)1臺(tái)。中粒度帶尾:選用低照度彩色攝像機(jī)定焦攝像機(jī)1臺(tái)。倉(cāng)帶頭:選用低照度彩色攝像機(jī)定焦攝像機(jī)1臺(tái)。倉(cāng)帶尾:選用進(jìn)口一體化變焦攝像機(jī)焦攝像機(jī)2臺(tái)。根據(jù)監(jiān)控要求設(shè)視頻服務(wù)器(硬盤錄像機(jī))1臺(tái)。

2.2 膠帶機(jī)集控系統(tǒng)

膠帶機(jī)集控系統(tǒng)采用西門子PLC和工控機(jī)對(duì)現(xiàn)有的膠帶機(jī)、給煤機(jī)和篩子等設(shè)備進(jìn)行集中控制。采用1臺(tái)S7-200可編程控制器結(jié)合1塊EM222及1塊EM221完成對(duì)膠帶機(jī)、振動(dòng)篩的控制,配置EM277模塊實(shí)現(xiàn)和工控機(jī)的通訊功能,6套膠帶機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的控制保護(hù),8臺(tái)礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電磁起動(dòng)器控制6條膠帶機(jī)及2臺(tái)振動(dòng)篩,并采用研華的工控機(jī)共同構(gòu)成膠帶機(jī)集控系統(tǒng)。通過PLC可編程控制器進(jìn)行內(nèi)部設(shè)定程序,根據(jù)原煤集控系統(tǒng)的工藝過程,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集中自動(dòng)控制、集中手動(dòng)控制、就地控制,并對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行處理。在集控室操作臺(tái)上能集中形象地顯示原煤運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行狀態(tài),并對(duì)系統(tǒng)的故障類型、故障地點(diǎn)給出相應(yīng)的信息[2-4]。

3 PLC膠帶機(jī)集控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)地面原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的要求,對(duì)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行分配,編制程序使整個(gè)控制系統(tǒng)對(duì)地面原煤運(yùn)輸工藝要求的適應(yīng)性增強(qiáng)[5]。

3.1 PLC輸入輸出地址分配

根據(jù)系統(tǒng)控制要求,對(duì)6條膠帶機(jī)和2個(gè)振動(dòng)篩以及系統(tǒng)相應(yīng)控制模式的輸入輸出接口進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并留有相應(yīng)的裕量。具體PLC輸入輸出端口配置如表1所示。

表1 PLC輸入輸出端口配置Table 1 Input and output configuration of PLC

3.2 控制程序設(shè)計(jì)

根據(jù)地面原煤運(yùn)輸系統(tǒng)工藝要求,控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)膠帶機(jī)和振動(dòng)篩的控制,使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的運(yùn)行?？刂品绞椒譃?類:集中自動(dòng)、集控手動(dòng)以及就地手動(dòng)。本文介紹前兩種控制方式。

1)集中自動(dòng)方式。啟動(dòng)過程:點(diǎn)擊集控臺(tái)“起車預(yù)警” 按鈕,發(fā)預(yù)警信號(hào)(打鈴5 s),在預(yù)警信號(hào)發(fā)出后,1 min之內(nèi)點(diǎn)擊“集控起車”按鈕,則膠帶機(jī)集控系統(tǒng)按照程序設(shè)置,打鈴2 s、停2 s、再打2 s后,按照倉(cāng)帶、轉(zhuǎn)角帶、粒度帶、二號(hào)篩、二號(hào)帶、中粒度帶、一號(hào)篩和一號(hào)帶的順序啟動(dòng)。1 min內(nèi)沒有點(diǎn)擊集控起車按鈕,本次集控起車無效。啟動(dòng)過程中需要停止集控啟動(dòng)過程,按“起車中止”按鈕,則已經(jīng)啟動(dòng)的設(shè)備保持運(yùn)行狀態(tài),未啟動(dòng)的設(shè)備不再啟動(dòng)。在集控中止后需要集控啟動(dòng)未啟動(dòng)的設(shè)備,按“集控起車”按鈕即可按照工藝順序啟動(dòng)剩余設(shè)備。

集控停車:在運(yùn)行正常的情況下,實(shí)現(xiàn)全部停車,按“集控停車”按鈕,則系統(tǒng)根據(jù)程序設(shè)置,按照一號(hào)帶、一號(hào)篩、二號(hào)帶、中粒度帶、二號(hào)篩、粒度帶、轉(zhuǎn)角帶、倉(cāng)帶的順序逐步停車。如果不需要停止運(yùn)行的設(shè)備,按“停車中止”按鈕,系統(tǒng)停止執(zhí)行集控停車程序,未停止的設(shè)備保持運(yùn)行狀態(tài)。在停車中止后需要停止運(yùn)行的設(shè)備,再次按“集控停車”按鈕,系統(tǒng)按照工藝順序停止還在運(yùn)行的設(shè)備。

2)集控手動(dòng)方式。將工控機(jī)人機(jī)界面的手/自動(dòng)選擇設(shè)置為手動(dòng),將鼠標(biāo)移近設(shè)備時(shí),鼠標(biāo)指針變成閃電樣式,表示進(jìn)入該設(shè)備的操作區(qū)域,單擊控制設(shè)備左鍵,出現(xiàn)起動(dòng)、停止、退出三個(gè)按鈕,按鈕底色是綠色表示允許進(jìn)行該項(xiàng)操作,底色是灰色表示不允許,根據(jù)需要選擇,如選擇起動(dòng),則所選設(shè)備起動(dòng)。

緊急停車：當(dāng)遇到特殊情況如皮帶撕裂、堆煤、跑偏等故障時(shí)點(diǎn)擊人機(jī)界面的“緊急停車”按鈕或者按下機(jī)柜上方的紅色急停按鈕,系統(tǒng)控制所有設(shè)備無延時(shí)瞬時(shí)停車。

3.3 設(shè)計(jì)故障程序

故障程序設(shè)計(jì)主要包括各種報(bào)警信號(hào)的應(yīng)對(duì)處理及事故警報(bào)解除后的復(fù)位。安裝在各個(gè)帶式輸送機(jī)的傳感器對(duì)于出現(xiàn)的故障進(jìn)行判斷,檢測(cè)煙霧報(bào)警信號(hào)和溫度報(bào)警信號(hào),當(dāng)檢測(cè)到煙霧濃度或溫度超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí),需要開啟事故報(bào)警鈴發(fā)出事故報(bào)警,關(guān)閉電機(jī),并開啟電磁閥灑水降溫降塵,設(shè)置延時(shí)檢測(cè)程序,1.5 s后若電磁閥未正常開啟或電機(jī)未正常關(guān)閉,發(fā)出故障報(bào)警信號(hào),提示設(shè)備故障。檢測(cè)2級(jí)跑偏報(bào)警、撕裂報(bào)警信號(hào)、煤位報(bào)警信號(hào)、速度報(bào)警信號(hào),出現(xiàn)這些報(bào)警信號(hào)時(shí)需要開啟電磁閥、關(guān)閉電機(jī)。

4 工控機(jī)人機(jī)界面設(shè)計(jì)

根據(jù)地面原煤膠帶控制系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)見圖2的操作界面,根據(jù)要求設(shè)計(jì)有起車預(yù)警按、全部自動(dòng)、集控起車、集控停車、停車終止、緊急停車和故障確認(rèn)等按鍵,設(shè)置有每臺(tái)設(shè)備的自動(dòng)、遠(yuǎn)控切換,設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。根據(jù)工藝要求可以調(diào)整相應(yīng)的時(shí)間參數(shù)以及故障報(bào)警界面。

圖2 工控機(jī)人機(jī)界面設(shè)計(jì)Fig.2 Human-machine interface design of IPC (industrial personal computer)

5 視頻監(jiān)控中心設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)是集現(xiàn)代化信息技術(shù)、語音技術(shù)、通訊技術(shù)、圖像處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)等高新技術(shù)于一體的系統(tǒng)集成,利用科學(xué)手段達(dá)到對(duì)地面原煤運(yùn)輸系統(tǒng)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)視、檢測(cè)、控制,保障生產(chǎn)安全和提高管理水平,填補(bǔ)了傳統(tǒng)煤礦地面原煤運(yùn)輸安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足。視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備列表如表2所示。

表2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備Table 2 Device list of video surveillance system

視頻采集系統(tǒng)將視頻信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心,監(jiān)控中心將視頻信號(hào)輸入硬盤存儲(chǔ),并通過畫面分割器使用大屏幕等離子電視監(jiān)看。利用遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng),集控室監(jiān)控人員可以直接對(duì)原煤運(yùn)輸情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,可以直觀地監(jiān)視和記錄原煤運(yùn)輸情況,為分析事故提供相應(yīng)的第一手圖像資料。因此,遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是保障地面原煤安全生產(chǎn)的重要組成部分。

6 結(jié)束語

結(jié)合某企業(yè)對(duì)地面原煤運(yùn)輸?shù)墓に嚵鞒?采用以PLC為核心的膠帶集控系統(tǒng)結(jié)合視頻監(jiān)控技術(shù),給出了基于視頻監(jiān)控的地面原煤膠帶集控系統(tǒng)設(shè)計(jì),并設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)的PLC選型、控制程序。本系統(tǒng)使工作人員在控制室便可實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)地面原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行,對(duì)于系統(tǒng)的故障保護(hù)、安全可靠運(yùn)行均有重要意義。