蔡先振，田 禾

（1.電光防爆科技（上海）有限公司，上海 201112；2.神木縣隆德礦業(yè)有限責(zé)任公司，陜西榆林 719000）

1 膠帶機(jī)運輸系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前，在傳統(tǒng)煤礦井下膠帶機(jī)的膠帶運輸系統(tǒng)中，膠帶機(jī)的操作、維護(hù)、檢修等工作普遍采用傳統(tǒng)的人工操作方式。傳統(tǒng)的人工操作方式存在過程繁瑣、勞動強(qiáng)度大、人為因素多、工作時間長、自動化程度低的缺點，已不能適應(yīng)現(xiàn)代化礦井的管理要求。另外，這種模式存在用人量較大、高水平高素質(zhì)人員較少、設(shè)備的隱蔽故障難以發(fā)現(xiàn)、突發(fā)故障難以及時解決等問題。面臨突發(fā)故障時，值班人員又不能快速、有效地解決這些故障，從而給煤礦的安全生產(chǎn)造成了一定的損失。如何避免膠帶機(jī)老舊設(shè)備事故的發(fā)生，以及如何快速有效地處理故障是的問題亟需解決。因此，有必要使膠帶機(jī)實現(xiàn)自動化控制。KJ871煤礦膠帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)針對這一系列的問題提供了一整套的解決方案。

2 KJ871煤礦膠帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究分析

2.1 KJ871煤礦膠帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)工作原理

KJ871煤礦膠帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)是通過工程師站把PLC 控制器、觸摸屏、視頻、動力柜上的高壓智能保護(hù)器、聲光語音箱、預(yù)警打點語音系統(tǒng)、操作臺、各類保護(hù)傳感器等設(shè)備的各種數(shù)據(jù)和信息采集到數(shù)據(jù)庫中，上位機(jī)軟件平臺根據(jù)實際需要對采集到的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，把抽象的數(shù)據(jù)信息以圖像、曲線或表格的形式形象地展現(xiàn)出來。同時，工程師站發(fā)出控制指令（如啟動/停止、故障復(fù)位、參數(shù)整定命令等）傳送給現(xiàn)場的PLC 控制器、高壓智能保護(hù)器等設(shè)備來執(zhí)行。

2.2 KJ871煤礦膠帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用先進(jìn)的工業(yè)以太網(wǎng)+現(xiàn)場總線+視頻的結(jié)構(gòu)模式，根據(jù)設(shè)備的不同功能，整個系統(tǒng)分為控制層、數(shù)據(jù)傳輸層和設(shè)備層三層體系結(jié)構(gòu)?？刂茖迂?fù)責(zé)采集分析數(shù)據(jù)并發(fā)布控制指令；數(shù)據(jù)傳輸層負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換、傳輸數(shù)據(jù)；設(shè)備層負(fù)責(zé)執(zhí)行工程師站的命令并反饋數(shù)據(jù)信息，具體設(shè)備組成見圖1。

圖1 KJ871煤礦膠帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）控制層包括冗余工程師站（Force control 7.2軟件），SQL 數(shù)據(jù)庫，視頻服務(wù)器，打印機(jī)，音響，UPS 電源，大屏等。

（2）數(shù)據(jù)傳輸層包括數(shù)據(jù)傳輸接口、RJ45口、千兆環(huán)網(wǎng)、光纜、光電轉(zhuǎn)換模塊等。

（3）設(shè)備層包括PLC 控制柜、操作臺、聲光信號器、預(yù)警打點語音系統(tǒng)、高壓智能保護(hù)器、攝像儀、交換機(jī)、速度傳感器、堆煤傳感器、煙霧傳感器、撕裂傳感器、跑偏傳感器、拉線急停傳感器、張力傳感器、灑水電磁閥、紅外溫度傳感器、電機(jī)預(yù)埋溫度傳感器、線纜、接線盒等，控制現(xiàn)場的各種信號分類見圖2。

圖2 控制現(xiàn)場各類保護(hù)和信號圖

2.3 KJ871煤礦膠帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)的具體功能

（1）設(shè)備的啟/停遵循原則：逆煤流啟動，順煤流停止。

（2）工作模式：系統(tǒng)具有集控和就地2種控制模式，集中自動、集中手動、就地手動和就地檢修4種工作方式。

（3）語音播報系統(tǒng)：起/停膠帶機(jī)前，沿運輸線發(fā)出語音警報，既發(fā)光又能發(fā)出語音提示；當(dāng)設(shè)備故障時可準(zhǔn)確播報故障；具備喊話、打點、沿線閉鎖等功能。

（4）故障自檢和故障定位功能：系統(tǒng)具有自檢功能，當(dāng)有故障時，語音箱報警播報具體故障內(nèi)容，觸摸屏和上位機(jī)上分別有具體故障的漢字顯示與故障類型；對于沿線跑偏、拉線急停、擴(kuò)音電話閉鎖等故障，觸摸屏?xí)詣佣ㄎ伙@示出故障點的具體位置。

（5）現(xiàn)場各類模擬量數(shù)據(jù)參數(shù)的顯示功能：膠帶機(jī)運行速度、電機(jī)溫度、滾筒溫度、鋼絲繩張力、液壓缸壓力、動力柜的電壓和電流以及功率等模擬量參數(shù)實時顯示。

（6）現(xiàn)場各類開關(guān)量數(shù)據(jù)參數(shù)的顯示功能：對膠帶機(jī)啟/停狀態(tài)、盤閘狀態(tài)、堆煤、煙霧、跑偏、拉線急停、電話閉鎖、撕裂、打滑、連鎖等開關(guān)量參數(shù)實時顯示并對故障及時報警。

（7）參數(shù)設(shè)置功能：可以對各類保護(hù)參數(shù)根據(jù)實際生產(chǎn)需要進(jìn)行修改設(shè)置。

（8）3D 上位機(jī)界面：上位機(jī)界面能夠完整地顯示膠帶機(jī)運行系統(tǒng)各個部分的實時狀態(tài)，系統(tǒng)通過3D 圖形顯示膠帶機(jī)、盤閘、動力柜等設(shè)備的運行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍的功能進(jìn)行動態(tài)顯示，可以直觀地顯示膠帶機(jī)的運行狀況。用圖形填充及趨勢曲線和數(shù)字形式準(zhǔn)確實時地顯示速度、張力、電機(jī)溫度、滾筒溫度、電壓、電流等模擬量參數(shù)，并根據(jù)實際需要對各類參數(shù)設(shè)置報警功能，可以用不同報警語音提醒工作人員注意。

（9）抽象數(shù)據(jù)直觀顯示功能：上位機(jī)軟件把現(xiàn)場采集的各類抽象數(shù)據(jù)以采用圖形、曲線、報表等形式直觀地顯示出來。對現(xiàn)場采集到的各類模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)顯示、低限報警、超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數(shù)據(jù)，并以聲光報警形式提醒工作人員及時檢修，避免設(shè)備損壞。

（10）上位機(jī)系統(tǒng)可以顯示、記錄膠帶機(jī)的工作時間、電機(jī)啟停次數(shù)，可以自動、準(zhǔn)確地匯總各膠帶運輸量，生成數(shù)據(jù)報表，為開展目標(biāo)成本管理、節(jié)能降耗提供參考依據(jù)。

（11）上位機(jī)顯示、記錄各膠帶機(jī)動力柜的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、動力柜的分/合狀態(tài)，為膠帶機(jī)負(fù)荷量分析、升級改造、功率補(bǔ)償、節(jié)能降耗等工作提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

（12）上位機(jī)顯示、記錄膠帶機(jī)運輸系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、事件記錄、故障記錄，以便于系統(tǒng)的維護(hù)、維修與查找故障原因。

（13）具有WEB 發(fā)布功能，開放OPC 接口，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程發(fā)布、遠(yuǎn)程登錄等功能，可以通過權(quán)限在礦區(qū)局域網(wǎng)和Internet 上進(jìn)行訪問，查詢和指揮調(diào)度生產(chǎn)工作。

（14）高清晰度的視頻畫面，可以上傳到礦調(diào)度室，實時了解膠帶機(jī)運輸現(xiàn)場信息。

（15）工程師站采用冗余配置，運行主機(jī)出現(xiàn)故障后可以保證1 min 內(nèi)切換到冗余站上，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲時間保持在1年以上。

（16）打印功能。上位機(jī)軟件提供打印預(yù)覽及打印功能，對相關(guān)數(shù)據(jù)及曲線具有報表打印功能。

（17）上位機(jī)遠(yuǎn)程參數(shù)修改功能：用戶可通過上位機(jī)界面或是在現(xiàn)場通過面板上的鍵盤對程序的參數(shù)進(jìn)行修改，以便有針對性地對系統(tǒng)進(jìn)行更合適地調(diào)整。

2.4 KJ871煤礦膠帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)通訊功能

（1）可編程控制箱之間采用以太網(wǎng)通訊，觸摸屏通訊協(xié)議采用MODBUS TCP。

（2）可編程控制箱留有以太網(wǎng)電口和光口，可接入現(xiàn)場環(huán)網(wǎng)。

（3）可編程控制箱與聲光語音箱之間采用RS485總線通訊，通訊采用MODBUS RTU 協(xié)議。

（4）沿線擴(kuò)音電話為CAN 通訊。在可編程控制箱內(nèi)部采用CAN/RS485的通信方式5、皮帶動力柜電流、電壓等數(shù)據(jù)采集采用RS485通訊方式。

（5）操作臺、本安操作箱與PLC 箱之間通過硬件接點連接。

（6）可編程控制箱與變頻器、軟啟動器等動力柜采用硬接點+RS485或TCP/IP 的連接方式。

（7）各類傳感器與PLC 控制箱通過礦用屏蔽通訊電纜快速插頭進(jìn)行連接。

3 結(jié)束語

KJ871煤礦膠帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)是結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、視頻技術(shù)和軟件技術(shù)對礦井膠帶機(jī)運輸系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控和綜合管理。該系統(tǒng)具備多種通訊接口具有強(qiáng)大的第三方兼容性，具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展功能。該系統(tǒng)可有效地提高礦井膠帶運輸系統(tǒng)的自動化、信息化、智能化水平，可以可靠地實現(xiàn)膠帶機(jī)的無人值守功能；可有效提高膠帶機(jī)運輸系統(tǒng)全生產(chǎn)系數(shù)；可有效提高膠帶機(jī)的利用效率；可實現(xiàn)膠帶機(jī)的自動控制和減員增效的功能；可有效降低膠帶運輸系統(tǒng)的生產(chǎn)運行成本。因此，對于KJ871煤礦膠帶運輸監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的研究與推廣應(yīng)用是具有重大現(xiàn)實意義和生產(chǎn)使用價值的。