煤礦皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

趙占區(qū)

摘 要 目前，國內(nèi)各大煤礦基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn)，為確保相關(guān)設(shè)備的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，應(yīng)結(jié)合具體的生產(chǎn)工藝，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。基于此點(diǎn)，本文首先對煤礦皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)的需求進(jìn)行簡要分析，在此基礎(chǔ)上對煤礦皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)γ旱V生產(chǎn)能效的提升有所幫助。

【關(guān)鍵詞】煤礦皮帶 運(yùn)輸集控系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

1 煤礦皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)的需求分析

煤礦生產(chǎn)過程中，皮帶運(yùn)輸是不可或缺的重要組成部分之一，為確保煤礦高產(chǎn)高效目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)對皮帶運(yùn)輸全過程進(jìn)行集中控制，這一目標(biāo)可通過皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)來完成。在對皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)滿足如下需求：

（1）系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)崿F(xiàn)對皮帶運(yùn)輸全過程的監(jiān)測與控制，并完成對相關(guān)設(shè)備的操作及調(diào)度；

（2）應(yīng)當(dāng)保留皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中所有設(shè)備的就地操作功能，以此作為事故的預(yù)防措施；

（3）設(shè)計(jì)出來的集控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)達(dá)到工業(yè)自動化控制的基本要求，可實(shí)現(xiàn)無人值守的目標(biāo)；

（4）系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)ιa(chǎn)工序的安全參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；

（5）系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)皮帶運(yùn)輸設(shè)備的穩(wěn)定、勻速運(yùn)行。

基于上述需求，下面本文重點(diǎn)對皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行論述。

2 煤礦皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 總體設(shè)計(jì)思路

在對煤礦皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可將皮帶機(jī)頭操作室設(shè)為集中控制室，并在其內(nèi)安放監(jiān)控機(jī)、交換機(jī)等設(shè)備，用光纖以太網(wǎng)與地面調(diào)度中心進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，監(jiān)控主機(jī)則利用以太網(wǎng)與現(xiàn)場的PLC進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)通信。同時(shí)，可在集中控制室內(nèi)安裝PLC控制主站和1#控制分站，對皮帶等設(shè)備進(jìn)行控制。由于電纜的長度增加會導(dǎo)致傳輸信號衰減，故此，可在皮帶煤倉頂設(shè)置2#控制分站，以此來對煤倉皮帶進(jìn)行控制，并對倉位進(jìn)行監(jiān)控；可在井下皮帶機(jī)尾處設(shè)置PLC分站，借此來對給煤機(jī)和皮帶機(jī)尾段進(jìn)行控制，并在皮帶沿線上設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)裝置，對皮帶運(yùn)輸過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于煤礦運(yùn)輸區(qū)的現(xiàn)場環(huán)境較為惡劣，在充分考慮礦用設(shè)備安全性的前提下，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)性比選后，決定選用西門子公司研發(fā)的S7300系列PLC作為集控系統(tǒng)的控制處理器，基于主分站的模式，借助工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互傳。下面對該集控系統(tǒng)關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行論述。

2.2.1 控制主站的設(shè)計(jì)

控制主站是整個(gè)集控系統(tǒng)的核心，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選用的是S7-300系列PLC，它采用的是當(dāng)前較為流行的模塊化設(shè)計(jì)，具體由以下幾個(gè)模塊組成：CPU、電源、通訊及可擴(kuò)展模塊等等。按實(shí)際需求，在控制站內(nèi)安裝了CPU和電源兩大模塊。

2.2.2 控制分站設(shè)計(jì)

由于皮帶機(jī)在地面和井下均有布設(shè)，基于這一特點(diǎn)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，分別在地面和井下設(shè)置了控制分站。

（1）地面分站。為便于維修，并考慮煤礦連續(xù)生產(chǎn)的需要，結(jié)合供電分布，對控制分站設(shè)備進(jìn)行了分區(qū)域設(shè)置。在集中控制室和煤倉頂各設(shè)置了一臺PLC分站，皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)借助安裝在現(xiàn)場的傳感器設(shè)備完成相關(guān)信號的采集，主要包括以下幾類信號：DI、DO及AI。鑒于此，在地面控制分站的設(shè)計(jì)中，可通過PLC上自帶的接口模塊及接線端子實(shí)現(xiàn)傳感器與CPU之間的信號互傳。同時(shí)，主站PLC的CPU自帶兩個(gè)以太網(wǎng)接口，一個(gè)可與監(jiān)控上位機(jī)進(jìn)行連接，與組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)通訊，另一個(gè)接口可實(shí)現(xiàn)與分站接口模塊之間的以太網(wǎng)通信。

（2）井下分站。本文所設(shè)計(jì)的集控系統(tǒng)主要是為了對煤礦皮帶運(yùn)輸全過程進(jìn)行控制，系統(tǒng)的基本控制思路是地面為主、井下為輔，鑒于此，井下控制分站主要是對給煤機(jī)和井下皮帶機(jī)進(jìn)行監(jiān)測控制，其設(shè)計(jì)方法與地面分站的PLC設(shè)計(jì)方法基本相同，只是安裝位置不同，故此不進(jìn)行重復(fù)敘述。

2.2.3 傳感器布設(shè)

本文所設(shè)計(jì)的集控系統(tǒng)中，傳感器的主要作用是對皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行檢測，并將檢測的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給控制站的PLC。在對傳感器進(jìn)行具體布設(shè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合煤礦井下皮帶的實(shí)際情況，從而確保傳感器布設(shè)的合理性。可在入篩皮帶、上倉皮帶機(jī)頭等位置處分別設(shè)置速度傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器等，同時(shí)可在井下皮帶機(jī)頭段安裝一個(gè)撕裂傳感器，并沿著皮帶走向，每間隔100m的距離安裝1個(gè)急停閉鎖開關(guān)。在對傳感器進(jìn)行設(shè)置時(shí)，一方面要確保所選的傳感器符合礦用要求，另一方面還要保證傳感器的性能，從而使其作用能夠得以最大限度地發(fā)揮。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)對作業(yè)危險(xiǎn)性較高、環(huán)境極度惡劣、運(yùn)輸距離較長的皮帶進(jìn)行故障識別，當(dāng)傳感器發(fā)出報(bào)警信號后，可在較短的時(shí)間內(nèi)獲悉皮帶的故障情況，由此可為維修人員的快速處理提供可靠依據(jù)。

2.2.4 設(shè)置環(huán)網(wǎng)

在本系統(tǒng)中，PLC主站與分站之間的通信是基于工業(yè)以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)的，由于皮帶運(yùn)輸?shù)木嚯x較長，從而使得各個(gè)控制設(shè)備間的距離相對較遠(yuǎn)，為確保通信的可靠性和穩(wěn)定性，可在具體設(shè)計(jì)時(shí)，在每個(gè)設(shè)備內(nèi)配置一個(gè)小型的光電交換機(jī)，利用光電信號的轉(zhuǎn)換，相關(guān)設(shè)備由光纖進(jìn)行連接，以兩兩相連的方式組成一個(gè)帶有冗余的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由此，當(dāng)集控系統(tǒng)中的某個(gè)設(shè)備發(fā)生故障或是因意外情況導(dǎo)致供電中斷時(shí)，其它設(shè)備之間仍可保持正常通信，不會對系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響。集控系統(tǒng)借助主站內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與井下信息化平臺的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行連接，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳送給地面調(diào)度中心，以此來實(shí)現(xiàn)主站PLC與監(jiān)控計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)通信。

3 結(jié)論

綜上所述，本文在簡要分析煤礦皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)的需求的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了論述。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，在某煤礦中進(jìn)行應(yīng)用，自系統(tǒng)投入運(yùn)行后，煤礦皮帶運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性較之以往獲得大幅度提升，各種故障也隨之減少，突發(fā)性故障問題的恢復(fù)時(shí)間顯著縮短。由此可見，該集控系統(tǒng)的作用非常突出，具有一定的推廣使用價(jià)值。

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作者單位

開灤（集團(tuán)）蔚州礦業(yè)有限責(zé)任公司單侯礦 河北省張家口市 075700