基于PLC的皮帶運輸智能監控系統在同泰煤業應用

韓星 汪宏

摘要：皮帶運輸系統作為礦井煤流生產環節的重要設備，伴隨著煤礦的自動化進程也幾經更替，但智能化程度依然較低，減員增效空間依然較大。本文就硬件建設、軟件建設、聯動規則等方面對智能化監控系統進行簡要闡述，該系統已在新疆某礦成功應用，超預期完成建設目標，并具備較大的實用和推廣價值。

關鍵詞：PLC;皮帶運輸;煤流運輸

1、概述

礦山井下條件惡劣，特別是在運輸過程中產生揚塵較多，嚴重危及了皮帶司機的身心健康，因此建立皮帶運輸的全智能化監控，實現無人值守、有人巡檢的常態模式勢在必行，從而達到減員增效、提高生產效率的目的。

同泰煤礦井下主運皮帶有三部，地面煤流運輸由七部、裝車系統有一部，由于地處戈壁灘，常年人員緊缺，井下皮帶若實現集中智能控制，可以緩解人員緊張的問題。

智能監控系統采用上位機+ 下位機+ 聯動機制的設計模式。下位機采用的西門子S7-1200作為主控制器，具備成本低、運行穩定、級聯簡單、擴展靈活的特點，可依據長度合理配置PLC控制箱的數量，在區域聯控中具備相當大的競爭力;上位機基于西門子Wincc組態軟件設計，基于VBS語言的編程能力，可以輕松實現與視頻監控系統、信息導引發布系統、廣播系統的聯動，極大提升了皮帶運輸系統的智能化程度。

2、系統組成

《煤礦安全規程》規定皮帶必須具備跑偏、堆煤、撕裂、煙霧、拉繩閉鎖、張力、失速、超溫等八大保護，因此智能監控系統必須滿足上述功能的基礎上進行深化設計，系統框架如下圖所示：

智能監控系統由集控中心、工業環網、可編程控制箱、現場控制箱、監測傳感器、語音擴播及視頻監控系統構成：

集控中心：實現對地面、井下各煤流生產環節的集中監控，操作員可以實時查看各部皮帶系統當前運行數據、報警數據、設置保護參數、設置控制參數等，與下位機系統通過網絡通訊。

工業環網：實現上下位機的橋梁，工業環網與視頻環網、監控環網獨立開來，保證控制數據的吞吐能力、提高控制響應時間。

可編程控制箱：基于西門子S7-1200設計，7部皮帶間PLC之間通過S7智能設備方式通訊，減少系統編程量。

語音擴播音響：實現人工啟動打點、沿途檢修喊話、故障實時播報功能。

監測傳感器：針對拉繩急停和跑偏傳感器采用智能型設備，可以實現故障定位，并通過擴播電話實時通知，達到快速查找問題的目的。

工業視頻系統：用光纖作為傳輸媒介，在關鍵皮帶機頭或轉載點位置安裝攝像監測儀，集控系統與工業視頻系統關聯，實現運行和故障時自動視頻調用功能。

3、系統功能

智能系統功能分為現場單機就地控制、遠程單機控制、遠程一鍵控制。單機就地控制通過現場設置的控制箱實現檢修、急停、啟動、停止、復位、打點控制操作;遠程單機控制通過上位機單獨進行皮帶啟停操作，一鍵控制模式下可實現按照逆煤流次序的順序啟動和順煤流次序的順序停車。

3.1? 啟動條件

對參與連鎖的皮帶進行自檢，發現故障后自動退出對應皮帶連鎖，改為單皮帶運行模式。當自檢合格后，則進行逆煤流啟動，邏輯為本級皮帶啟動后，上級皮帶開始啟動預警，啟動預警時間依據現場情況設定，設定范圍一般為10-25秒，以此類推，直至順槽皮帶啟動運行。

3.2? 停機條件

在連鎖狀態下，本級皮帶故障突然停機后，下級皮帶延時停機，保證皮帶無故不積煤，以免皮帶下次高負荷啟動，上級所有皮帶立即停機，以防堆煤故障發生。

3.3? 故障保護

依據《煤礦安全規程》，皮帶應具備速度、溫度、張力、撕裂、堆煤、煙霧、跑偏、急停八大保護。在基本八大保護基礎上，還新增了環境參數（如甲烷、CO、CO2等）、視頻捕獲等功能，通過視頻對沿線皮帶進行“闖入”捕捉，當有人員闖入時，皮帶自動報警，進入核心危險區域時，皮帶直接停機。

4、智能聯動應用

智能聯動是智能化皮帶控制系統的核心，聯動規則豐富程度直接體現智能化程度的高低。針對同泰煤業皮帶集控系統設置了

1）? 煤倉聯動：

①煤倉臨近滿時系統首先通過設定值進行預警（燈光+ 語音播報），提示人為干預，如集控員未進行人為干預，當煤倉數據達到極限閥值時系統自動觸發相關命令，停止綜采工作面設備、順槽皮帶，啟動主斜井皮帶，在控制界面中彈出相應的視頻畫面。

②煤倉臨近空時系統首先通過設定值進行預警（燈光+ 語音播報），提示人為干預，如集控員未進行人為干預，當煤倉數據達到極限閥值時系統自動觸發相關命令，停止主斜井皮帶。

2）? 視頻聯動

在環境監測系統產生超限或設備產生故障時，就近范圍內的視頻終端能及時彈出桌面顯示并報警，便于操作員對事故現場情況的了解。

3）? 超限測值的聯動

以安全監測監控系統數據為核心實現電力監控系統、順槽皮帶、綜采機、主運輸皮帶、地面生產、工業電視、應急廣播等系統之間的聯動。

5、結束語

自從智能化皮帶系統建成，可直接在調度室手動實現每部皮帶開停機，也可實現各部皮帶之間的聯動自動運行。同時通過PLC系統的應用，提高了皮帶控制系統的可靠性、穩定性。通過增設上位機系統實現對每部皮帶的動態數據監測，可以實時進行預警、報警分析，為操作人員提供決策依據。目前該項目已經無故障運行4 個月之久，從根本上解決了礦方用人難的窘境，同時也極大的提供了生產效率，達到了項目預期的技術要求。