基于環(huán)網(wǎng)PLC 膠帶輸送機集中控制系統(tǒng)的設(shè)計

李運宏， 韓進(jìn)軍

（1.潞安化工集團市場技術(shù)部， 山西 長治 046000；2.潞安化工集團常村煤礦， 山西 長治 046100）

引言

常村煤礦礦井采區(qū)不斷開拓延深，井下膠帶輸送機也在不斷延深，這樣就形成運輸線路長、崗位分散、環(huán)節(jié)多等特點，給礦井的安全生產(chǎn)和科學(xué)管理帶來諸多不便。

改造前北翼采區(qū)N1 轉(zhuǎn)載皮帶、N3-2 搭接皮帶、N3 采皮帶采用徐州博林公司生產(chǎn)的控制器實現(xiàn)就地控制，同天津華寧公司生產(chǎn)的控制器共同使用實現(xiàn)擴音喊話和拉線閉鎖功能，N0、N3 皮帶采用天津華寧公司生產(chǎn)的控制器完成就地控制、擴音喊話及拉線閉鎖功能，N0 煤倉給煤采用就地控制。

為了實現(xiàn)主運輸設(shè)備運行安全可靠、統(tǒng)一管理、減員提效目的，常村煤礦使用PLC 集中控制系統(tǒng)來根據(jù)實際情況定制膠帶輸送機集中控制，該集中控制系統(tǒng)采用KXJ0.5/660 礦用隔爆兼本安可編程控制箱為核心，控制裝置提供的數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)（1 000 M）傳輸，上位機采集的皮帶報警、運行信息及各項狀態(tài)參數(shù)通過以太網(wǎng)存入數(shù)據(jù)庫中并且歷史數(shù)據(jù)保存不小于1 年；工業(yè)攝像機采用點對點的光纜傳輸，視頻數(shù)據(jù)存入硬盤錄像機中存儲時間不少于15 d。該系統(tǒng)使用的所有協(xié)議都是國際標(biāo)準(zhǔn)（TCP/IP），系統(tǒng)集成控制、視頻、語音，定性性、擴展性極強可以根據(jù)實際情況及時更改[1-2]。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

針對常村煤礦井下煤流運輸生產(chǎn)系統(tǒng)的特點，按照“地面控制為主，就地控制優(yōu)先”的原則，提出以下設(shè)計方案：井下皮帶運輸集中控制系統(tǒng)由地面集控中心、通信網(wǎng)絡(luò)、擴播電話系統(tǒng)、視頻監(jiān)視、現(xiàn)場設(shè)備集中控制設(shè)備組成。

1.1 集控中心

建立地面集控中心，負(fù)責(zé)皮帶系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備遠(yuǎn)程控制和自動控制，同時采集、存儲、查詢和統(tǒng)計分析現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)、曲線、事件信息、操作記錄、故障報警，遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)備運行情況，并進(jìn)行視頻圖像監(jiān)控。

系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用Genesis 64 組態(tài)軟件，工作于Windows 7 64 位操作系統(tǒng)平臺，在監(jiān)控主機上顯示井下運輸系統(tǒng)的三維運行動態(tài)畫面，工作人員利用鍵盤或鼠標(biāo)實現(xiàn)井下監(jiān)控設(shè)備的操作和控制。系統(tǒng)有OPC Server 功能，通過系統(tǒng)的OPC 接口可以方便接入全礦井安全生產(chǎn)自動化控制網(wǎng)，實現(xiàn)礦局域網(wǎng)內(nèi)經(jīng)授權(quán)的用戶可查詢?yōu)g覽皮帶系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

地面集控中心由監(jiān)控主機、大屏幕液晶電視、硬盤錄像機、以太網(wǎng)交換機、打印機、UPS 電源等組成[3-4]。

1.2 通信網(wǎng)絡(luò)

本系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)方式通信，根據(jù)常村煤礦的實際情況建設(shè)符合皮帶集中控制的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)（見圖1），在關(guān)鍵地點設(shè)置工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)交換機。主巷道采用48 芯主光纜，主要完成構(gòu)建環(huán)網(wǎng)、皮帶關(guān)鍵環(huán)節(jié)攝像頭圖像傳輸。皮帶沿線擴播系統(tǒng)傳輸、皮帶控制信號傳輸。

圖1 工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)

網(wǎng)絡(luò)采用MOXA 交換機獨有的Turbo-Ring 冗余技術(shù)，確保鏈路出現(xiàn)單點故障時，網(wǎng)絡(luò)能夠在很短的時間內(nèi)自愈。同時由于交換機之間使用單模光纖連接，使端到端的自愈時間小于了20 ms[5]。

常村煤礦的皮帶集中控制系統(tǒng)在控制室接入常村礦監(jiān)控數(shù)據(jù)網(wǎng)，實現(xiàn)生產(chǎn)信息化和企業(yè)管理信息化的融合，實現(xiàn)信息共享。

1.3 擴播電話系統(tǒng)

在皮帶運輸線沿線安裝擴播電話，一體式擴播電話集成了拉線急停的功能，分段接入PLC 控制箱內(nèi)，實現(xiàn)閉鎖的定位功能。

N0 皮帶、N1 轉(zhuǎn)載皮帶、N1 皮帶沿線通過N1 機頭的華寧主機構(gòu)成一個單獨的語音系統(tǒng)，增加語音模塊實現(xiàn)皮帶沿線語音報警、預(yù)警功能。通過Modbus 通信方式采集華寧主機中的閉鎖信息，實現(xiàn)沿線閉鎖停車功能。本系統(tǒng)語音板與華寧KJS101（OH）在現(xiàn)場的接線方法說明如下：

1）語音板的輸出音頻為1～2 V，華寧的KJS101（OH）音頻輸入為1～5 V，輸入的音頻不能小于5 V，做了一個音頻放大器，音頻放大5～10 倍[6]。

2）各個語音的輸出由語音板負(fù)責(zé)，中間經(jīng)過音頻放大器，然后輸出給華寧的KJS101（OH）的音頻輸入。具體如圖2 所示。

圖2 語音板與華寧KJS101（OH）接線

1.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

工業(yè)電視系統(tǒng)是利用光纖作為傳輸介質(zhì)，將井上、井下的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)、重要設(shè)備及關(guān)鍵場合的實時圖像傳送到集控室。使調(diào)度指揮人員和礦領(lǐng)導(dǎo)能夠直觀、快捷地了解生產(chǎn)一線的基本情況，掌握井上、下的實時工況，實現(xiàn)科學(xué)調(diào)度指揮和管理的現(xiàn)代化目標(biāo)。

在各皮帶的機頭落煤點、機尾給煤機處安裝礦用防爆攝像機，視頻通過點對點方式進(jìn)行傳輸實現(xiàn)井下皮帶運輸系統(tǒng)全線的視頻監(jiān)視。

1.5 井下現(xiàn)場設(shè)備集中控制設(shè)備

按照井下皮帶運輸線的各設(shè)備分布情況、受控設(shè)備數(shù)量及皮帶保護(hù)傳感器數(shù)量，安裝PLC 控制箱、顯示器和本安按鈕箱，控制系統(tǒng)有遠(yuǎn)程、就地、檢修、禁啟四種控制模式，具有皮帶保護(hù)信號輸入、皮帶電機運行狀態(tài)檢測、就地程控、聯(lián)鎖集控、自動控制、手動控制功能，具有信號聯(lián)絡(luò)功能，實現(xiàn)皮帶運輸線各設(shè)備的運行監(jiān)測、集中控制、數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)視等功能。

2 系統(tǒng)功能

2.1 上位機實時數(shù)據(jù)監(jiān)控

上位機顯示器能實時顯示各皮帶機、相關(guān)設(shè)備及所有信號狀況，并能方便地進(jìn)行多畫面切換；當(dāng)井下被測參數(shù)超限、保護(hù)動作及設(shè)備運行狀態(tài)改變后，給出相應(yīng)的語音、文字告警提示。

系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用主流的組態(tài)軟件（Genesis 64）平臺開發(fā)，工作于Windows 7 64 位操作系統(tǒng)平臺，在監(jiān)控主機上顯示井下運輸系統(tǒng)的三維運行動態(tài)畫面（如圖3、圖4 所示），工作人員利用鍵盤或鼠標(biāo)實現(xiàn)井下監(jiān)控設(shè)備的操作和控制。系統(tǒng)有OPC Server 功能，通過系統(tǒng)的OPC 接口可以方便接入全礦井安全生產(chǎn)自動化控制網(wǎng)，實現(xiàn)礦局域網(wǎng)內(nèi)經(jīng)授權(quán)的用戶可查詢?yōu)g覽皮帶系統(tǒng)的運行狀態(tài)[7]。

圖3 三維控制界面

圖4 皮帶狀態(tài)參數(shù)

2.2 網(wǎng)絡(luò)上的實時數(shù)據(jù)監(jiān)控

上位機實時監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布后可以局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行通過IE 進(jìn)行瀏覽，在自己的辦公區(qū)域內(nèi)便可以進(jìn)行查看井下皮帶的運行狀態(tài)及各項參數(shù)。為跨區(qū)域辦公提供了極大的方便，可以及時地掌握設(shè)備運行的狀態(tài)。如下頁圖5 所示。

圖5 皮帶監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

2.3 報表查詢和顯示

上位機Genesis 64 監(jiān)控軟件采用分布式應(yīng)用將歷史數(shù)據(jù)記錄于遠(yuǎn)程服務(wù)器上的SQL Server 2012 中,本系統(tǒng)報表為B/S 模式基于JSP 開發(fā), 在服務(wù)器上架設(shè)服務(wù)器,在礦局域網(wǎng)內(nèi)通過瀏覽器即可訪問此報表系統(tǒng)，本報表可以根據(jù)日期查看每條皮帶的報警歷史、運行信息及皮帶各項參數(shù)的歷史記錄，如圖6、圖7、圖8 所示。本報表已定制打印格式方便打印，也可將其導(dǎo)出為Word、Excel、PDF 等格式方便辦公需要。

圖6 報警歷史查詢

圖7 皮帶運行信息查詢

圖8 皮帶狀態(tài)參數(shù)查詢

2.4 井下視頻的實時顯示及歷史查詢

在電視墻上顯示實時視頻圖像，同時將視頻信號接入視頻硬盤錄像機，實現(xiàn)圖像的保存和回放，存儲時間至少15 d。硬盤錄像機已接入以太網(wǎng),可以在局域網(wǎng)內(nèi)通過IE 瀏覽[8]。網(wǎng)絡(luò)實時視頻如圖9 所示。

圖9 網(wǎng)絡(luò)實時視頻

2.5 實時的井下環(huán)網(wǎng)監(jiān)控

Moxa MXview 網(wǎng)絡(luò)管理軟件可以為以太網(wǎng)絡(luò)提供一個便捷的圖形可視化平臺，幫助Moxa 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行配置、監(jiān)控和故障診斷。MXview 提供的是一個面向Moxa 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的集成管理平臺，這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括以太網(wǎng)交換機、無線節(jié)點AP，以及子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上安裝的SNMP 和ICMP 設(shè)備。無論何時何地，通過MXview找到定位的網(wǎng)絡(luò)組件都可以通過web 瀏覽器從本地或遠(yuǎn)程進(jìn)行管理，具體的現(xiàn)場現(xiàn)場監(jiān)控狀態(tài)如圖10、下頁圖11 所示。

圖10 井下環(huán)網(wǎng)監(jiān)控

圖11 交換機端口工作狀態(tài)流量監(jiān)控

3 結(jié)語

通過對常村煤礦井下皮帶監(jiān)控系統(tǒng)的重新設(shè)計和改造，改變了原監(jiān)控系統(tǒng)只能就地操作和控制的弊端，實現(xiàn)了常村煤礦皮帶系統(tǒng)的集控，可實現(xiàn)運行監(jiān)測、集中控制、數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)視等功能，并且可以實現(xiàn)系統(tǒng)報表數(shù)據(jù)、視頻信息的存儲和查詢，并允許有用戶權(quán)限的人員在網(wǎng)絡(luò)上查詢相關(guān)信息，解決了常村煤礦因采區(qū)不斷延伸造成的安全生產(chǎn)和管理問題，對常村礦井的安全發(fā)展具有重大意義。