胶带输送机集控系统的提升改造及应用

仝金厚

(山西焦煤西山煤电官地矿， 山西 太原 030022)

0 引 言

官地矿隶属于山西焦煤西山煤电集团有限责任公司，矿井始建于1960年,建矿初期，设计能力为90万吨/年，后经过数次环节能力改造，2016年核定矿井生产能力为390万吨/年，核定通风能力为500万吨，是一座综合生产能力和抗灾能力都较强的大型现代化矿井。

官地矿主运输系统采用皮带集中连续运输，基本为“十”字型运输框架，主皮带为中部970皮带，南部、中部、北部原煤分别通过南翼皮带、1021皮带、北翼皮带至1#、2#集中煤仓，最后通过970主皮带拉运至井外煤仓[1]。

970主胶带输送机(型号为DTL120/120/3*900)：全长5 454 m，采用ST3150阻燃钢绳芯输送带，配用电动机为南阳防爆电机厂生产的YBBP630S2-4型，功率3×900 kW，电压等级6 kV，带宽1.2 m，带速V=4 m/s，设计输送能力：1 200 t/h。年运输能力可达500万吨。

在970胶带输送机的实际运转中发现配套的原有旧集控系统存在以下问题：没有滚筒温度、电机振动、电机轴温、高压柜数据等监测信号；不能设置每个参数的报警值；不能记录设备历史数据；没有胶带输送机视频监控系统。

针对以上问题官地矿对970主井胶带输送机进行PLC集控改造。

1 设计思路

增加PLC站、安放于操作台内，采用西门子1 500系列PLC；整个控制系统由PLC控制系统、变频系统、高低压配电数据采集系统、电机温度及振动监测系统、视频监控，上位计算机联网，组成基于总线及以太网的一体化控制系统；上位计算机通过交换机下挂PLC控制站,PLC控制站与3台高压变频器间通过MODBUS(或以太网)方式进行通讯,构成970胶带输送机的控制网络。

2 系统构成设计

输送机集控系统是由PLC控制系统、保护装置、地面上位机、通讯网络四部分组成。

(1) PLC控制系统主要包括：设备启停控制、故障处理。

(2) 保护装置主要包括：堆煤、急停、超温、烟雾、撕裂、打滑、跑偏、电机电流超限、电机温度超限、张紧故障等，其中每隔200 m设置一部语音声光通讯装置，每隔600 m设置一部防跑偏装置，每隔100 m设置一个急停开关，机尾安装有纵撕保护，机头安装有堆煤保护和烟雾保护。

(3) 地面上位机主要显示设备的运行信息及远程控制设备启停。

(4) 通讯网络实现井下PLC控制装置和地面上位机通讯。

具体接入如下：接入变频器通讯信号，变频器端口控制发生故障时，可通过通讯方式控制变频器开停；将以上所有温度、振动、张力信号接入；将高压柜信号接入；讯接入原有PLC所有信号，集成为一个统一的系统，在原系统接口模式发生故障时，可通过变频通讯模式工作，完成集中连锁控制及解锁单台调试模式运行[2]。

3 主要功能和操作方式

3.1 操作方式

(1) 胶带输送机控制系统操作方式

操作台上装有显示屏和按钮、开关有：功能选择、设备的起停、速度选择、单台运行、正反运行等等；参数显示由计算机显示屏完成，主要显示设备的运行状态和运行参数，及胶带输送机综保所有相关参数。

(2) 系统具有自动、检修、通讯三种操作模式。

自动操作：当操作方式通过操作台旋钮选择到“自动”时，通过计算机画面上的起停按钮完成起动、停止，一键起动970、上仓及相关的辅机设备，整个系统的一键起、停操作，另有故障复位功能；当两台计算机均发生故障时，可用操作台上的自动起车按钮进行“自动”操作。

检修操作：当操作方式通过操作台旋钮选择到“检修”时，通过操作台或计算机检修操作区上的按钮，独立起动系统中的各个设备，如制动泵起停、润滑泵起停、变频起停等，但设备间仍具有一定的连锁关系，例如闸未打开，变频器禁止启动；

通讯操作模式：当操作方式选择通讯操作时，通过操作台或计算机上的操作按钮，严格按照起停顺序依次起停各个设备， PLC通过通讯方式与变频器通讯。

3.2 上位系统功能

(1) 实现功能

① 970胶带输送机控制时，计算机通过以太网络接入集控PLC系统，通过上位计算机进行远程监控系统，监控系统具有以下三方面的功能。

第一方面是管理功能：生成胶带输送机控制工艺流程，提供清晰、人性化的人机界面，全中文显示，适应操作人员习惯；图形直观生动形象的地反映工艺流程的实时数据。完成报警、历史数据、历史曲线的存储、显示和查询。

第二方面是通讯的功能：上位机通过通讯电缆线，采用规定的通讯协议，完成现场控制站通讯。并通过局域网实现生产数据的共享。

第三方面是设备的监控功能：以图形和菜单的形式，操作人员在中控室监视各个设备的运行状态，并对部分设备进行控制。

② 显示整个系统胶带输送机运行情况(包括制动器等辅助设备状态)。

③ 显示整个系统每台电机运行情况。

④ 显示故障报警值。

⑤ 显示变频运行参数。

⑥ 在上位计算机上，为了便于直观的了解到胶带输送机运行情况，显示检测到的实时数据，拟设计以下程序界面。

设备状态流程画面：以不同颜色表示设备的运行、停止和故障状态。高、低压配电系统的分、合闸状态、故障状态等。

棒状图：显示检测模拟量数据的变化趋势。(包括电机电气参数，轴承温度、变频频率、电机电流等)

重要参数数据监控画面：包括生产环节的实时数据，如给定值、在线检测值、故障信号等。

事故显示记录：显示记录故障设备编号、故障类型、发生时间等。

控制操作画面：对各设备、单元全部过程参数、设定值修改、控制方式(手动/自动状态)选择，对设备进行起停控制。为了便于管理，系统设置了访问控制权限，输入登陆密码才允许操作控制。根据操作权限的不同, 通过密码的方式来保证系统的安全。

⑦ 970胶带输送机制动器闸间隙保护，安装闸间隙传感器，在计算机上可以显示、设置及超限报警。

(2) 显示：动态显示设备运行情况，所有采集信号状态，所有的胶带输送机保护传感器均可对位显示，某一传感器发生故障，及时声光报警，并在计算机画面明确显示相应位置，方便检修人员及时更换。另各传感器均有紧急情况下的故障切除功能，当某一传感器损坏不能及时更换时，先通过计算机画面由管理人员输入密码，将该传感器切除，以应急开车，保证生产正常进行。

(3) 具备完善的视频监控系统(见图1)

监控系统由以下部分组成：① 地面摄像机6台， 分别安装于大门口1台、低压室1台、变频机房1台、高压室2台、上仓机尾1台；② 防爆报像机14台，分别安装于机房2台；张紧装置旁1台；转载机头1台；100 m 1台；机尾1台；水仓变电所2台；南翼、北翼、1021集中胶带输送机各2台。

4 系统优点

4.1 实现胶带输送机机在线参数监测

采集970胶带输送机每台电机温度5路(2路轴承温度、3路绕组温度均预埋)，3台共15路，每台减速机油温1路，轴承温度2路，3台共9路，主滚筒温度12路。每台电机水平及垂直振动信号各一路，共6路。

图1 视频监控系统图

采集上仓电机温度5路(2路轴承温度、3路绕组温度均预埋)，水平及垂直振动信号各一路共2路。

检测970胶带输送机每台电机电流、电机电压、电机功率、功率因数。

集采高压柜的开合状态、电流、功率、功率因数，如高压柜安装有温度信号时，一并采集到控制系统，集中显示。

采集970胶带输送机张力信号，安装张力传感器，并在PLC内部设定张力保护、报警。

4.2 系统实现的功能

实时显示以上参数的数值；可方便设置每个参数的报警值；运行过程中可实时弹出当时报警的画面(包括参数名称、实际测量值、设定值等)；在上位计算机中可分别记录每台电机运行时胶带输送机的历史数据，可通过输入密码进行浏览；以上信号传感器除电机温度及轴承预埋外，其它需要另外提供传感器信号并接入PLC控制系统，在上位计算机可设定高限报警、高高限故障停机，均有声光报警保护、在上位机制做温度曲线及报表[3]。

5 结 语

通过对官地煤矿胶带输送机集中控制系统的提升改造设计方案的实施，能够及时监测970主井胶带输送机的运转，及时发现问题，及时检修，避免机电事故发生，实现了无人值守机房的目标，操作简便，线路原理简单；此PLC改造能够用于需要PLC控制的所有带式输送机，改造后原煤拉运能力由以前的1 000 t/h提升为1 200 t/h，有力的保障了官地矿的原煤拉运，年运输能力可达500万吨。

参考文献：

[1] 岳跃敏,王 栋.PLC 集中控制系统在井下胶带输送机上的应用[J].水力采煤与管道运输，2014(4):51-53.

[2] 王 俐.新型PLC胶带输送机控制系统[J].矿业安全与环保,2003(4):52-53.

[3] 李 妍.申翠玉.集控系统在王庄煤矿井下胶带输送机中的应用[J].煤,2012(1):51-55.