帶式輸送機(jī)綜合自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

都波

(淄博礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東 淄博 255120)

0 引言

帶式輸送機(jī)是一種柔性運(yùn)輸設(shè)備，由于輸送距離長(zhǎng)、運(yùn)量大、運(yùn)輸連續(xù)、運(yùn)行可靠，又適用于有轉(zhuǎn)彎及變坡度的運(yùn)輸線路，故應(yīng)用廣泛。但缺點(diǎn)是設(shè)備分布廣、保護(hù)多、監(jiān)測(cè)元件多，信號(hào)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(jī)采用人工控制，制約著礦井的安全高效生產(chǎn)。針對(duì)煤礦的實(shí)際情況，通過分析研究，決定設(shè)計(jì)一種帶式輸送機(jī)的綜合自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，為礦井實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)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(jī)綜合控制系統(tǒng)采用以遠(yuǎn)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(yuǎn)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(chǎng)帶式輸送機(jī)輔機(jī)的防爆啟動(dòng)箱(啟動(dòng)柜)、帶式輸送機(jī)主機(jī)的防爆就地控制柜。

1) 啟動(dòng)柜。防爆啟動(dòng)箱(啟動(dòng)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(hù)裝置、指示燈等組成，通過操作防爆啟動(dòng)箱(啟動(dòng)柜)實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)輔機(jī)的啟停控制及運(yùn)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(dòng)器)、微型繼電器、冷卻風(fēng)機(jī)及其控制接觸器、按鈕、指示燈等組成，主要完成現(xiàn)場(chǎng)帶式輸送機(jī)的就地控制、狀態(tài)指示，是帶式輸送機(jī)主機(jī)的工作控制回路。每部帶式輸送機(jī)均有就地單獨(dú)設(shè)置就地一鍵啟?？刂疲脖阌趲捷斔蜋C(jī)的檢修、試驗(yàn)。

1.2 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層即帶式輸送機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的各類傳感器、保護(hù)開關(guān)與相關(guān)執(zhí)行設(shè)備的工作狀態(tài)，主要針對(duì)帶式輸送機(jī)的跑偏故障、欠速打滑故障、縱向撕裂故障、煙霧報(bào)警、盤閘緊閘、輸送帶溫度、主電動(dòng)機(jī)定子溫度、主電動(dòng)機(jī)軸承溫度、減速機(jī)油溫及軸承溫度等工作狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測(cè)，以及閉鎖啟停、操作員急停、巡檢人員的拉繩急停，并檢測(cè)帶式輸送機(jī)主機(jī)及其附屬設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)將采集的信號(hào)反饋到遠(yuǎn)程控制層。傳感器及保護(hù)開關(guān)的檢測(cè)信號(hào)通過光纜傳輸至帶式輸送機(jī)的防爆PLC集中控制柜。

1.3 遠(yuǎn)程控制層

遠(yuǎn)程控制層包括防爆PLC集中控制柜、遠(yuǎn)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(kuò)展模塊、DIN導(dǎo)軌等組成，主要完成現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算與處理、信息轉(zhuǎn)換、指令操作、提供故障保護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示、控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與工藝流程，通過儲(chǔ)存的程序指令進(jìn)行條件判斷是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制的關(guān)鍵。

2) 遠(yuǎn)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(jī)、2臺(tái)工控機(jī)、2臺(tái)顯示器、打印機(jī)、通訊線纜組成，防爆集中控制PLC柜的通訊信號(hào)經(jīng)光纖轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的光信號(hào)通信光纜傳輸至上位機(jī)的光電轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再傳至工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，由工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)拓展工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，通過通信線纜將電信號(hào)傳輸?shù)絻膳_(tái)工控機(jī)，通過工控機(jī)、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(yùn)行狀態(tài)、工況參數(shù)、各類保護(hù)的狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)工藝流程，便于操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況、下達(dá)控制指令，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)及其輔機(jī)的遠(yuǎn)程控制、閉鎖控制、聯(lián)鎖啟停，同時(shí)為維修人員的事故處理和設(shè)備的維護(hù)提供便利。該系統(tǒng)具有冗余性，能夠?qū)崿F(xiàn)與整個(gè)煤礦自動(dòng)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(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化、工業(yè)控制等技術(shù)，運(yùn)用傳感器及保護(hù)開關(guān)對(duì)帶式輸送機(jī)及其輔機(jī)的控制設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。傳感器將采集到的設(shè)備與系統(tǒng)的運(yùn)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(jìn)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(jī)，組態(tài)軟件(上位機(jī))處理后成圖像與表格等形式，最后以友好的人機(jī)界面提供給帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程集控員，集控員根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)反映的設(shè)備運(yùn)行情況，進(jìn)行具體控制與操作。下達(dá)的操作指令，又逆向傳輸，通過上位機(jī)-PLC-現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的順序，完成對(duì)帶式輸送機(jī)及其輔機(jī)的操作，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化集中控制。

3 系統(tǒng)主要功能

3.1 保護(hù)功能

當(dāng)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(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的控制。若發(fā)生輸送帶一級(jí)跑偏、主電動(dòng)機(jī)定子繞組溫度過高、減速機(jī)油溫過高、減速機(jī)油壓過低、主電動(dòng)機(jī)及減速箱軸承溫度過高等異常情況時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并顯示相應(yīng)的故障類型和地址。當(dāng)輸送帶發(fā)生二級(jí)跑偏、縱向撕裂等嚴(yán)重故障或拉繩開關(guān)動(dòng)作、急停開關(guān)動(dòng)作時(shí)，帶式輸送機(jī)立即斷電停機(jī)。當(dāng)輸送帶發(fā)生欠速打滑、煙霧報(bào)警、輸送帶超溫、堆煤保護(hù)動(dòng)作等均延時(shí)停機(jī)，即當(dāng)帶式輸送機(jī)速度為正常值的85%時(shí)報(bào)警，欠速打滑延時(shí)30 s發(fā)出調(diào)節(jié)液壓漲緊裝置信號(hào)，當(dāng)欠速1 min打滑未消失時(shí)報(bào)警停機(jī)；堆煤保護(hù)動(dòng)作持續(xù)3 s，帶式輸送機(jī)斷電停機(jī)；輸送帶超溫時(shí)發(fā)出超溫信號(hào)，延時(shí)3 s帶式輸送機(jī)斷電停機(jī)；煙霧保護(hù)動(dòng)作報(bào)警，持續(xù)2 s后帶式輸送機(jī)停機(jī)，并啟動(dòng)灑水裝置噴水降溫。

3.2 通信網(wǎng)絡(luò)功能

根據(jù)煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的實(shí)際情況，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以滿足通信信息為前提，同時(shí)兼有系統(tǒng)的安全性、可靠性、先進(jìn)性，構(gòu)建工業(yè)以太網(wǎng)的通信平臺(tái)，利用S7-400PLC控制器，并輔以工業(yè)以太網(wǎng)圖像監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控。

圖1 帶式輸送機(jī)綜合自動(dòng)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(yuǎn)程集控柜的就地、集控、檢修轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行控制方式的選擇。

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

2) 就地控制方式。操作防爆就地啟動(dòng)箱的啟停按鈕，可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)及其輔機(jī)的單機(jī)啟停。

3) 檢修狀態(tài)。通過操作就地控制箱或就地控制柜實(shí)現(xiàn)單機(jī)檢修及狀態(tài)試驗(yàn)，帶式輸送機(jī)及其輔機(jī)在停機(jī)狀態(tài)下僅發(fā)出模擬運(yùn)行狀況信號(hào)。

4) 多部帶式輸送機(jī)的連續(xù)運(yùn)輸。其啟停順序?yàn)槟婷毫鲉?dòng)、順煤流停機(jī)，閉鎖啟動(dòng)，事故狀態(tài)下聯(lián)鎖停機(jī)。

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

5 結(jié)論

帶式輸送機(jī)綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了單人地面遠(yuǎn)程控制井下帶式輸送機(jī)，該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、系統(tǒng)反應(yīng)快，故障判斷準(zhǔn)確，減少了帶式輸送機(jī)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(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化、信息化創(chuàng)造條件。