皮带运输机的智能控制监控系统的设计分析

毛震 王得仓

【摘 要】皮带运输机是一种连续皮带运输机械，被广泛应用在矿井、电厂、港口、钢铁企业以及轻工业的生产线，即可以运送散状物料，也可以运送成件物品。在煤矿的开采过程中，皮带运输机的作用至关重要。煤矿井下的环境比较恶劣，这就对皮带运输机控制系统的要求比较高，其性能的好坏直接影响到煤矿行业的发展和效益。本论文是针对目前煤矿在皮带运输机控制方面仍采用现场人为控制，隐患故障较多以及检测不稳定等问题，研发了一种功能完善的矿井皮带运输机远程监控系统。主要是以皮带控制系统、工业以太环网为核心，详细阐述井下皮带运输机远程监控系统设计方案。皮带运输机控制系统通过矿井工业以太光纤网向地面控制计算机传输数据，实现地面对井下皮带运输机的各种保护，皮带电机电流、电压等参数的实时监测，对井下主要运输皮带机进行远程控制。

【关键词】皮带控制；工业以太环网

Intelligent control conveyor belt monitoring system design and analysis

Mao Zhen，Wang De-cang

（Schenck （Tianjin） Industrial Technology Co.， Ltd Tianjin 300385）

【Abstract】Is a continuous belt conveyor belt transport machinery， is widely used in mines， power plants， ports， iron and steel enterprises and light industry production lines， which can transport bulk materials， also can convey the articles. In the coal mining process， the role of belt conveyor is essential. Coal mine environment is bad， which the belt conveyor control system requirements are relatively high， and its performance has a direct impact on the development of the coal industry and efficiency. This paper is for the current coal mine belt conveyor control still uses the field of human control， hazard detection and fault more instability and other issues， we have developed a full-featured remote monitoring mine belt conveyor systems. Mainly belt control systems， industrial Ethernet ring network as the core， elaborate underground conveyor belt remote monitoring system design. Belt conveyor control system to the ground is controlled by mine industrial Ethernet fiber optic transmission network computer data， real-time monitoring to achieve in the face of all kinds of protection of underground belt conveyor belt motor current， voltage and other parameters of the underground main transport belt for remote control.

【Key words】Belt control；Industrial Ethernet Ring

1. 前言

（1）皮带运输机是一种输送粒状、块状和散装等物料和成件货物的有牵引件的连续设备，它主要应用于工业生产和加工中。特别是在露天矿山开采的矿石运输中起着十分重要的作用。皮带运输机在生产过程中可能会由于经常会出现联轴器断开、划伤、过载、打滑、断带等现象，会产生严重的后果，甚至可能发生生产事故。所以，有必要研究一种多功能实时在线的皮带运输机故障检测系统，在皮带运输机运行工作过程中对其实时监控检测，同时还可以进行自动检测以及对声、光预普和报告。可以确保在皮带运输机出现故障时，尽可能的减少皮带运输机故障时带来的各方面的损失和事故，提高皮带运输机的生产效率以及对皮带运输机的管理水平和装备水平，这对未来皮带运输机的发展提供了适用价值，具有重大意义。

（2）井下皮带运输机监控系统是集皮带保护监测、电机监测、远程控制、通信于一体的皮带监控系统。目前，煤矿行业已经进入信息化、数字化、自动化时代，井下皮带机岗点的无人值守和井下皮带的远程控制是原煤运输系统的发展方向，井下皮带运输机监控系统的建立有效的提高了矿井现场生产的安全系数，用数据对井下皮带设备的运转状况进行科学分析，使井下皮带的管理和控制更加科学化、高效化。

2. 检测方法和控制方案的确定

由于在矿石的输送中，会产生联轴器断开、断带、过负荷、皮带打滑等故障，采用转矩传感器进行检测。而针对皮带的纵向撕裂选取纵撕开关，针对皮带跑偏，选取跑偏开关。现场采用声光报警，并且选用PLC作下位机的控制系统以及计算机作上位机。PLC接受电机转矩传递的测量信号，然后进行信号处理，信号经过处理再与设定值进行比较，最后再送到上位机，由上位机进行图形和数据的显示。输出的结果再传送回PLC，进行信号变换，最后再传送给执行机构，控制执行机构的运动。纵撕开关与跑偏开关输出的是数字信号，执行相同的过程。当电机输出功率降为正常工作时输出功率的45%时，将功率信号放大并整形，然后将其送至控制单元。当出现故障的时候，预警电路立即动作，预警铃声响并发出预警灯亮，以提醒现场工作人员采取相应的有效措施，使系统可以尽快地恢复到正常工作状态，有利于尽快恢复生产。如果所采取的措施没有产生作用，电机输出的转矩会持续降低，当电机输出功率降为正常工作时输出功率的35%时，报警电路会被触发进入到工作状态中，预警铃声响并发出预警灯亮，这是，系统控制皮带运输机停止工作，并同时控制触点切断电振给矿机电源，停止给矿。当电机输出功率超出正常工作时输出功率的135%时，信号送到控制单元，这时预警电路动作，预警铃声响并发出预警灯亮。当电机输出功率超出正常工作时输出功率的150%时，将触发报警电路，切断电机电源，停止给矿。

3. 控制系统的硬件设计

3.1 皮带运输机检测系统要求对联轴器断开、纵撕、跑偏、皮带的打滑、断带、过载、进行实时监控和检测，同时控制电机的启停和现场报警。可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。

3.2 可编程控制器为了适应工作需要及工业环境，与一般的控制装置相比，具有显著的特点：（1）抗干扰能力强，可靠性高；（2）通用性好，编程方便；（3）配置灵活，扩充方便；（4）功耗低、重量轻、体积小、操作维护方便。

3.3 根据控制需求，本系统选用西门子S7-200系列PLC作为中央处理器。在皮带运输机的控制与监控系统中，电动机的启停是由数字量所控制，电机的转速和力矩是由转矩转速传感器测量而得到，PLC控制系统得到测得的信号然后进行处理，计算出实际值，并将实际值与设定值进行比较，根据实际工作情况，PLC的输数字模块会输出数字量信号，来控制电动机的启动停止，预报警电路运行也是受PLC发出的数字信号控制。在整个控制过程中，主要包括8个数字量，分别是电机启停控制信号，自动手动控制切换信号，紧急停止和故障信号指示灯等，除此之外还包括一组模拟量输入信号，将此信号送入PLC的模拟量输入模块，再经过PLC内部的特殊处理，最后可以计算出皮带运输机转矩的大小。

3.4 所以根据系统的要求，选用EM231模块，它有4路模拟量输入接口，即可满足系统的需求。PLC内部经过PID运算以后，通过数字量输出模块，输出开关量信号，去控制电机的启停。

4. 控制系统软件的设计

（1）系统功能概述。根据皮带运输机系统功能给出控制系统应用软件框架。

（2）输入输出端口的功能。皮带运输机的控制检测系统所采用的传感器采用的信号必须经过PLC的A/D转换，然后再送入到上位机中，所以该程序中需要不断的访问I/O端口，但是I/O端口的数据不能被VB直接读取，此时可以采用调用DOS下的应用程序和调用Windows下的动态链接库的方法进行读取。

（3）数据的处理和分析模块。MS Access数据内存放皮带运输机的控制监控系统的实时数据和历史数据，ADO被选作数据的访问接口。历史数据的复杂查询可以通过利用VB强大的数据库操作功能来实现。查询的实现主要是通过采用标准结构化的查询语言SQL。查询条件可以按照读取的时间段加以区分，也可以根据厚度范围和报警记录来区分。同时系统可以由高级用户直接设定SQL查询语句的内容以提高查询的灵活性。

（4）数据的存储和输出模块。在本控制和检测系统中，为了进行数据查询、分析、报表和绘制历史曲线等，现场的重要数据需要存储起来。在编程时，问题的关键是采用何种文件格式存储数据和如何实现用户的自定义报表输出等。采用随机文件或数据库文件格式进行数据的存储就可以。对于随机文件格式，首先自定义数据类型，然后对自定义数据类型的数据用Put#…Seek#语句进布到读写操作。但是，这种数据方式也存在缺点，在规模较小时，运行速度上有很大优势，但对于一般的工业控制系统，数据量一般都非常大，因此采用数据库文件格式是非常必要的。本系统选择Access数据库（*.mdb）。Access是MS Office的标准组件之一，数据库的建立和维护十分方便，支持多种字段数据格式和结构化查询语言SQL。

5. 上位机和PLC的通信

（1）在实际工作过程中，串行通讯接口RS485可以连接上位机与PLC。RS485接口芯片现已广泛应用于机电一体化产品等很多领域。RS485串行总线接口具有很强的抗共模干扰的能力，再加上总线收发器具有很高的灵敏度，能检测到低至220mV的电压，所以信号能在千米以外得到恢复。 （2）RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS85可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。上位机与PLC之间的通信采用直接存取的通信方式，彼此之间存在相互对应的数据存储区和控制区，不需要另外单独编写程序就能实现数据的发送和接受，很大程度上简化了程序的设计过程。在运行过程中，触摸屏自动地把触摸屏面板所需要的数据向PLC发出请求，并接受数据，同时触摸屏自动地把触摸键的操作输入送给PLC。

6. 井下皮带运输机智能控制监控系统主要特点

（1）完成井下所有主要胶带运输机生产全过程的实时监测、远程集中控制，对胶带运输机的开停、各种保护状态、带速进行监测。

（2）地面控制室监控计算机界面友好、功能齐全、逼真的动态画面和全中文显示，实时显示井下胶带运输机运行状态，安全确认机制，操作严谨且简单，易于对操作人员培训。

（3）生产数据存入数据硬盘，可由信息管理系统按需调用。

（4）网络诊断，监控计算机工控软件监测通讯是否正常，提高故障排查效率。

（5）通讯网络速度快，距离远，可靠性高。

参考文献

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