都波

(淄博礦業(yè)集團有限責任公司，山東 淄博 255120)

0 引言

帶式輸送機是一種柔性運輸設(shè)備，由于輸送距離長、運量大、運輸連續(xù)、運行可靠，又適用于有轉(zhuǎn)彎及變坡度的運輸線路，故應用廣泛。但缺點是設(shè)備分布廣、保護多、監(jiān)測元件多，信號的傳輸及控制要求高，不易于安全管理，而且傳統(tǒng)帶式輸送機采用人工控制，制約著礦井的安全高效生產(chǎn)。針對煤礦的實際情況，通過分析研究，決定設(shè)計一種帶式輸送機的綜合自動監(jiān)控系統(tǒng)，為礦井實現(xiàn)綜合自動化和信息化創(chuàng)造條件。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成

帶式輸送機綜合控制系統(tǒng)采用以遠程集中控制為主，就地操作為輔的控制方式，根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)可分為就地控制層、數(shù)據(jù)采集層、遠程控制層3層控制體系。

1.1 就地控制層

就地控制層包括現(xiàn)場帶式輸送機輔機的防爆啟動箱(啟動柜)、帶式輸送機主機的防爆就地控制柜。

1) 啟動柜。防爆啟動箱(啟動柜)與傳統(tǒng)的防爆控制開關(guān)相同，由隔離開關(guān)、真空斷路器及保護裝置、指示燈等組成，通過操作防爆啟動箱(啟動柜)實現(xiàn)帶式輸送機輔機的啟?？刂萍斑\行。

2) 隔爆型就地控制柜。由SIMATIC S7-1200C、液晶觸摸顯示屏、變頻器(或軟啟動器)、微型繼電器、冷卻風機及其控制接觸器、按鈕、指示燈等組成，主要完成現(xiàn)場帶式輸送機的就地控制、狀態(tài)指示，是帶式輸送機主機的工作控制回路。每部帶式輸送機均有就地單獨設(shè)置就地一鍵啟?？刂疲脖阌趲捷斔蜋C的檢修、試驗。

1.2 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層即帶式輸送機保護系統(tǒng)的各類傳感器、保護開關(guān)與相關(guān)執(zhí)行設(shè)備的工作狀態(tài)，主要針對帶式輸送機的跑偏故障、欠速打滑故障、縱向撕裂故障、煙霧報警、盤閘緊閘、輸送帶溫度、主電動機定子溫度、主電動機軸承溫度、減速機油溫及軸承溫度等工作狀態(tài)進行相應的監(jiān)測，以及閉鎖啟停、操作員急停、巡檢人員的拉繩急停，并檢測帶式輸送機主機及其附屬設(shè)備的工作狀態(tài)，實時將采集的信號反饋到遠程控制層。傳感器及保護開關(guān)的檢測信號通過光纜傳輸至帶式輸送機的防爆PLC集中控制柜。

1.3 遠程控制層

遠程控制層包括防爆PLC集中控制柜、遠程集控系統(tǒng)等組成。

1) 防爆PLC集中控制柜。主要由S7-400PLC、光電轉(zhuǎn)換開關(guān)、微型繼電器、SIEMENS MP系列液晶觸摸顯示屏等組成，其中S7-400PLC主要由CPU模塊、PS電源模塊、DI開關(guān)量輸入模塊、DO開關(guān)量輸出模塊、AI模擬量輸入模塊、AO模擬量輸出模塊、PID模塊、CP通訊模塊、IM擴展模塊、DIN導軌等組成，主要完成現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的邏輯運算與處理、信息轉(zhuǎn)換、指令操作、提供故障保護、現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示、控制現(xiàn)場設(shè)備與工藝流程，通過儲存的程序指令進行條件判斷是實現(xiàn)遠程集中控制的關(guān)鍵。

2) 遠程集控系統(tǒng)。包括光電轉(zhuǎn)換開關(guān)、工業(yè)以太網(wǎng)交換機、2臺工控機、2臺顯示器、打印機、通訊線纜組成，防爆集中控制PLC柜的通訊信號經(jīng)光纖轉(zhuǎn)換開關(guān)進行光電信號的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的光信號通信光纜傳輸至上位機的光電轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換為電信號，再傳至工業(yè)以太網(wǎng)交換機，由工業(yè)以太網(wǎng)交換機拓展工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，通過通信線纜將電信號傳輸?shù)絻膳_工控機，通過工控機、顯示器以及工業(yè)以太網(wǎng)組態(tài)軟件顯示所有設(shè)備的運行狀態(tài)、工況參數(shù)、各類保護的狀態(tài)、現(xiàn)場動態(tài)工藝流程，便于操作人員及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況、下達控制指令，實現(xiàn)帶式輸送機及其輔機的遠程控制、閉鎖控制、聯(lián)鎖啟停，同時為維修人員的事故處理和設(shè)備的維護提供便利。該系統(tǒng)具有冗余性，能夠?qū)崿F(xiàn)與整個煤礦自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接與通信。如圖1所示。

2 系統(tǒng)工作原理

遠程控制系統(tǒng)通過計算機、通信網(wǎng)絡(luò)、自動化、工業(yè)控制等技術(shù)，運用傳感器及保護開關(guān)對帶式輸送機及其輔機的控制設(shè)備進行保護。傳感器將采集到的設(shè)備與系統(tǒng)的運行工況參數(shù)(如縱向撕裂、跑偏、拉繩、煙霧、欠速、溫度、急停等)通過工業(yè)控制總線通信技術(shù)，反饋到控制核心S7-400PLC進行數(shù)據(jù)處理。PLC利用工業(yè)以太網(wǎng)將處理好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C，組態(tài)軟件(上位機)處理后成圖像與表格等形式，最后以友好的人機界面提供給帶式輸送機遠程集控員，集控員根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)反映的設(shè)備運行情況，進行具體控制與操作。下達的操作指令，又逆向傳輸，通過上位機-PLC-現(xiàn)場設(shè)備的順序，完成對帶式輸送機及其輔機的操作，最終實現(xiàn)系統(tǒng)的實時監(jiān)測與自動化集中控制。

3 系統(tǒng)主要功能

3.1 保護功能

當傳感器模擬量及開關(guān)量輸入發(fā)生變化或執(zhí)行器的輸出發(fā)生變化時，系統(tǒng)自動進行相應的控制。若發(fā)生輸送帶一級跑偏、主電動機定子繞組溫度過高、減速機油溫過高、減速機油壓過低、主電動機及減速箱軸承溫度過高等異常情況時，則系統(tǒng)發(fā)出報警信號，并顯示相應的故障類型和地址。當輸送帶發(fā)生二級跑偏、縱向撕裂等嚴重故障或拉繩開關(guān)動作、急停開關(guān)動作時，帶式輸送機立即斷電停機。當輸送帶發(fā)生欠速打滑、煙霧報警、輸送帶超溫、堆煤保護動作等均延時停機，即當帶式輸送機速度為正常值的85%時報警，欠速打滑延時30 s發(fā)出調(diào)節(jié)液壓漲緊裝置信號，當欠速1 min打滑未消失時報警停機；堆煤保護動作持續(xù)3 s，帶式輸送機斷電停機；輸送帶超溫時發(fā)出超溫信號，延時3 s帶式輸送機斷電停機；煙霧保護動作報警，持續(xù)2 s后帶式輸送機停機，并啟動灑水裝置噴水降溫。

3.2 通信網(wǎng)絡(luò)功能

根據(jù)煤流運輸系統(tǒng)的實際情況，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以滿足通信信息為前提，同時兼有系統(tǒng)的安全性、可靠性、先進性，構(gòu)建工業(yè)以太網(wǎng)的通信平臺，利用S7-400PLC控制器，并輔以工業(yè)以太網(wǎng)圖像監(jiān)視，實現(xiàn)帶式輸送機電控系統(tǒng)的遠程集中監(jiān)測監(jiān)控。

圖1 帶式輸送機綜合自動化監(jiān)控PLC結(jié)構(gòu)組成

4 系統(tǒng)控制方式

系統(tǒng)具有就地、集控、檢修控制3種方式，通過選擇防爆就地控制柜及遠程集控柜的就地、集控、檢修轉(zhuǎn)換開關(guān)進行控制方式的選擇。

1) 遠程集控方式。通過操作下位機或上位機的顯示器界面即可完成多部帶式輸送機的集中控制、帶式輸送機主機的聯(lián)鎖啟停、主機與輔機的閉鎖啟停。

2) 就地控制方式。操作防爆就地啟動箱的啟停按鈕，可實現(xiàn)帶式輸送機及其輔機的單機啟停。

3) 檢修狀態(tài)。通過操作就地控制箱或就地控制柜實現(xiàn)單機檢修及狀態(tài)試驗，帶式輸送機及其輔機在停機狀態(tài)下僅發(fā)出模擬運行狀況信號。

4) 多部帶式輸送機的連續(xù)運輸。其啟停順序為逆煤流啟動、順煤流停機，閉鎖啟動，事故狀態(tài)下聯(lián)鎖停機。

5) 每部帶式輸送機。只有在輔機(張緊裝置除外)正常啟動運行情況下才能正常啟動，否則禁止啟動。帶式輸送機運行后，除液壓漲緊裝置以外的任一輔機故障停機，本部帶式輸送機均立即停機且以上的所有帶式輸送機立即停機。

5 結(jié)論

帶式輸送機綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)了單人地面遠程控制井下帶式輸送機，該系統(tǒng)操作簡單、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集準確、系統(tǒng)反應快，故障判斷準確，減少了帶式輸送機巡檢人員、操作人員。該系統(tǒng)采用控制網(wǎng)冗余通信網(wǎng)絡(luò)，可通過工業(yè)以太網(wǎng)與公司生產(chǎn)控制系統(tǒng)的通信，為礦井實現(xiàn)綜合自動化、信息化創(chuàng)造條件。