帶式輸送機綜合自動監控系統的設計

都波

(淄博礦業集團有限責任公司，山東 淄博 255120)

0 引言

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

1 系統的結構與組成

帶式輸送機綜合控制系統采用以遠程集中控制為主，就地操作為輔的控制方式，根據硬件結構可分為就地控制層、數據采集層、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)與傳統的防爆控制開關相同，由隔離開關、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)實現帶式輸送機輔機的啟停控制及運行。

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，主要完成現場帶式輸送機的就地控制、狀態指示，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置就地一鍵啟停控制，也便于帶式輸送機的檢修、試驗。

1.2 數據采集層

數據采集層即帶式輸送機保護系統的各類傳感器、保護開關與相關執行設備的工作狀態，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進行相應的監測，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備的工作狀態，實時將采集的信號反饋到遠程控制層。傳感器及保護開關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、遠程集控系統等組成。

1) 防爆PLC集中控制柜。主要由S7-400PLC、光電轉換開關、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開關量輸入模塊、DO開關量輸出模塊、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，主要完成現場采集數據的邏輯運算與處理、信息轉換、指令操作、提供故障保護、現場數據顯示、控制現場設備與工藝流程，通過儲存的程序指令進行條件判斷是實現遠程集中控制的關鍵。

2) 遠程集控系統。包括光電轉換開關、工業以太網交換機、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柜的通訊信號經光纖轉換開關進行光電信號的轉換，轉換后的光信號通信光纜傳輸至上位機的光電轉換開關轉換為電信號，再傳至工業以太網交換機，由工業以太網交換機拓展工業網絡，通過通信線纜將電信號傳輸到兩臺工控機，通過工控機、顯示器以及工業以太網組態軟件顯示所有設備的運行狀態、工況參數、各類保護的狀態、現場動態工藝流程，便于操作人員及時發現設備的異常情況、下達控制指令，實現帶式輸送機及其輔機的遠程控制、閉鎖控制、聯鎖啟停，同時為維修人員的事故處理和設備的維護提供便利。該系統具有冗余性，能夠實現與整個煤礦自動化系統的網絡連接與通信。如圖1所示。

2 系統工作原理

遠程控制系統通過計算機、通信網絡、自動化、工業控制等技術，運用傳感器及保護開關對帶式輸送機及其輔機的控制設備進行保護。傳感器將采集到的設備與系統的運行工況參數(如縱向撕裂、跑偏、拉繩、煙霧、欠速、溫度、急停等)通過工業控制總線通信技術，反饋到控制核心S7-400PLC進行數據處理。PLC利用工業以太網將處理好的數據傳輸到上位機，組態軟件(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，集控員根據監控系統反映的設備運行情況，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-現場設備的順序，完成對帶式輸送機及其輔機的操作，最終實現系統的實時監測與自動化集中控制。

3 系統主要功能

3.1 保護功能

當傳感器模擬量及開關量輸入發生變化或執行器的輸出發生變化時，系統自動進行相應的控制。若發生輸送帶一級跑偏、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，則系統發出報警信號，并顯示相應的故障類型和地址。當輸送帶發生二級跑偏、縱向撕裂等嚴重故障或拉繩開關動作、急停開關動作時，帶式輸送機立即斷電停機。當輸送帶發生欠速打滑、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發出調節液壓漲緊裝置信號，當欠速1 min打滑未消失時報警停機；堆煤保護動作持續3 s，帶式輸送機斷電停機；輸送帶超溫時發出超溫信號，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 通信網絡功能

根據煤流運輸系統的實際情況，網絡架構以滿足通信信息為前提，同時兼有系統的安全性、可靠性、先進性，構建工業以太網的通信平臺，利用S7-400PLC控制器，并輔以工業以太網圖像監視，實現帶式輸送機電控系統的遠程集中監測監控。

圖1 帶式輸送機綜合自動化監控PLC結構組成

4 系統控制方式

系統具有就地、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、檢修轉換開關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，可實現帶式輸送機及其輔機的單機啟停。

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

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

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 結論

帶式輸送機綜合自動化監控系統的設計，實現了單人地面遠程控制井下帶式輸送機，該系統操作簡單、現場數據采集準確、系統反應快，故障判斷準確，減少了帶式輸送機巡檢人員、操作人員。該系統采用控制網冗余通信網絡，可通過工業以太網與公司生產控制系統的通信，為礦井實現綜合自動化、信息化創造條件。