趙春茂

（山西寧武大運華盛莊旺煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036700）

引言

帶式輸送機是煤礦生產(chǎn)中重要的輸送裝備，作用是將開采獲得的煤礦資源輸送到指定位置。隨著煤礦生產(chǎn)領域技術水平的不斷提升，對帶式輸送機的要求越來越高。輸送機運行過程中如果出現(xiàn)故障問題，不僅會制約設備自身的使用壽命，還會對煤礦生產(chǎn)過程造成不良影響，制約生產(chǎn)效率的提升。監(jiān)控系統(tǒng)是帶式輸送機可靠穩(wěn)定運行的重要保障，對其系統(tǒng)要求日益提升，特別是對于長距離輸送的帶式輸送機，必須確保監(jiān)控系統(tǒng)運行的可靠性。本文以某煤礦中使用的長距離帶式輸送機為研究對象，結合實際情況設計了監(jiān)控系統(tǒng)，效果顯著。

1 某礦帶式輸送機概況

不管是何種型號的帶式輸送機，其整體結構基本類似，主要作用原理基本相同，如圖1 所示為典型的帶式輸送機主要結構示意圖。帶式輸送機工作時由電機輸出的動力經(jīng)減速器后輸入到驅動滾筒中，通過摩擦力驅動皮帶運動，皮帶在驅動滾筒和換向滾筒的作用下實現(xiàn)封閉循環(huán)運轉。兩個滾筒中間的位置設置有多個托軸，作用是托住皮帶上的煤礦物料。張緊裝置的作用是確保皮帶始終處于繃緊狀態(tài)，使其與滾筒之間具有足夠的摩擦力，若張緊力不夠會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，使設備無法正常運行。

圖1 帶式輸送機主要結構示意圖

某煤礦中使用三條輸送帶實現(xiàn)煤礦物料的長距離運輸，三條輸送帶的輸送長度分別為100 m、200 m和100 m 左右，對應的輸送帶型號分別為EP200X4、ET2000 和EP200X4。現(xiàn)需要設計安全控制系統(tǒng)對三臺帶式輸送機的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，為設備的穩(wěn)定可靠運行奠定堅實的基礎。

2 安全控制系統(tǒng)的整體結構設計

2.1 監(jiān)控點布設

結合實際情況，為了確保長距離運輸帶式輸送機的穩(wěn)定和可靠運行，需要利用專業(yè)傳感器開展大量的監(jiān)測工作。可以將監(jiān)測點劃分成為三大類，分別為環(huán)境監(jiān)測點、保護監(jiān)測點和設備監(jiān)測點。環(huán)境監(jiān)測點主要是對輸送機運行環(huán)境的煙霧和溫度進行檢測，防止環(huán)境出現(xiàn)火災等安全事故；保護監(jiān)測點主要是對帶式輸送機運行中常見的跑偏、打滑、皮帶撕裂、斷帶、堆料等問題進行檢測，確保煤礦輸送過程的穩(wěn)定性；設備監(jiān)測點主要是對帶式輸送機自身的硬件設施，比如電機、變頻器、滾筒等進行檢測，保證設備的可靠運行。

2.2 網(wǎng)絡結構設計

如下頁圖2 所示為長距離運輸帶式輸送機安全控制系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡拓撲結構。監(jiān)控系統(tǒng)主要由三大部分構成，即采樣分站、控制總站、監(jiān)控界面。由于本系統(tǒng)需要對三條帶式輸送機同時進行監(jiān)測，因此設置了三個采樣分站分別對三條線的運行狀態(tài)進行檢測，分站主要硬件設施為西門子公司的ET-200SP 模塊，采樣分站與控制總站之間基于Profinet 協(xié)議實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的交互，且使用的是分布式I/O 接口，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)傳入到控制總站中的PLC 控制器進行分析與處理。監(jiān)控總站與上位機之間同樣基于Profinet 協(xié)議通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交互，但采用的是集成式接口。每條輸送線上均設置有急停按鈕，一旦檢測發(fā)現(xiàn)存在故障問題，工作人員可通過該按鈕控制設備停止運行。

圖2 安全控制系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡拓撲結構

3 監(jiān)控系統(tǒng)主要硬件和軟件程序設計

3.1 主要硬件選型設計

3.1.1 PLC 控制器

PLC 控制器作為安全控制系統(tǒng)中的核心部件，其性能好壞會對系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。在充分分析不同類型控制器并結合現(xiàn)場情況的基礎上，選用的是西門子公司研制生產(chǎn)的S7-1200 型PLC 控制器。該控制器具有體積小、工藝集成、安裝方便等眾多優(yōu)勢。如圖3 所示為S7-1200 型PLC 控制器的結構示意圖?？梢钥闯?，PLC 控制器基本單元主要包括電源模塊、輸入模塊、輸出模塊、拓展模塊以及微處理器CPU。其中，CPU 模塊的型號為CPU 1215C，工作存儲器大小為128 kB，能滿足系統(tǒng)的實際工作需要。電源模塊型號為PM1207，可以將110 V/220 V 市電交流電壓轉換成為24 V 直流電壓供控制器使用?？刂破骶邆溆胸S富的I/O 接口和拓展模塊，方便與其他硬件設施連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交互。

圖3 S7-1200 型PLC 控制器的結構示意圖

3.1.2 主要傳感器選型

由于安全控制系統(tǒng)涉及很多傳感器，受篇幅限制不一一贅述，以下對系統(tǒng)中使用的主要傳感器選型情況進行介紹：

1）拉繩開關的型號為KBW-220L，在帶式輸送機長距離輸送沿線每間隔70 m 設置一個開關，如果工作人員發(fā)現(xiàn)設備存在故障隱患，可以控制拉繩開關讓設備停止運行。

2）跑偏開關型號為KHFKLT1-12-30，作用是對皮帶的跑偏現(xiàn)象進行檢測，每間隔30 m設置一個開關。

3）打滑開關的型號為HSQ-726B2，作用是對皮帶的打滑問題進行檢測，安裝在皮帶的兩側。

4）急停按鈕采用的是KBA 系列開關，采用防靜電外殼鋼結構，作用是一旦出現(xiàn)緊急情況，可利用該開關停止設備運行。

5）皮帶撕裂傳感器型號為BJL-220B，輸送煤礦物料中存在鋒利的礦石時，可能會對皮帶產(chǎn)生劃傷，導致皮帶撕裂，利用該傳感器可以檢測皮帶中存在的撕裂問題。

3.2 PLC 軟件程序設計

利用STEP7 軟件平臺對S7-1200 型PLC 控制器的軟件程序進行編寫。編寫程序時首先需要結合現(xiàn)場實際情況對整個控制方案進行科學合理的設計，再根據(jù)控制方案來編寫應用程序。如圖4 所示為安全控制系統(tǒng)PLC 控制器的主程序流程圖。由圖4 可以看出，系統(tǒng)通電運行以后，需要對監(jiān)控系統(tǒng)進行初始化處理，并且開展自檢工作，一切正常后可以選擇控制模式并正式開車啟動運行。帶式輸送機運行過程中監(jiān)控系統(tǒng)需要根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)來分析設備是否存在安全隱患或故障問題，如果發(fā)現(xiàn)存在故障隱患，則會向外發(fā)出聲警報并下達緊急停車指令，確保帶式輸送機運行過程的安全性和可靠性。

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)PLC 控制器主程序流程圖

4 安全控制系統(tǒng)的應用效果

為了驗證設計的長距離運輸帶式輸送機安全控制系統(tǒng)運行的可靠性，將監(jiān)控系統(tǒng)部署到煤礦工程實踐中，對三臺輸送機的運行情況進行監(jiān)控，連續(xù)進行半年時間的現(xiàn)場測試并記錄數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場測試結果發(fā)現(xiàn)，安全控制系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)明顯的故障問題，且各項功能都能夠實現(xiàn)，可以對帶式輸送機運行過程中出現(xiàn)的安全故障問題進行報警。監(jiān)控系統(tǒng)的成功實踐應用提升了設備運行的可靠性，使設備的故障率降低了10%以上，且可以減少巡檢工作人員3～4 名，每年可以為煤礦企業(yè)創(chuàng)造的經(jīng)濟效益在100 萬元以上。

5 結論

以煤礦中使用的長距離輸送帶式輸送機為對象，結合實際情況設計了安全控制系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)主要由3 個采樣分站、控制總站以及監(jiān)控界面等部分構成，采樣分站和控制總站的主要硬件設施分別為西門子公司的ET-200SP 模塊和S7-1200 型PLC 控制器。布置的監(jiān)測點分為三類，分別可以對帶式輸送機運行環(huán)境狀態(tài)、煤礦輸送狀態(tài)以及設備自身運行狀態(tài)進行檢測。控制總站與采用分站、監(jiān)控界面之間均通過Profinet 協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交互。將設計的安全控制系統(tǒng)部署到煤礦工程實踐中，取得了良好的效果，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟效益。