基于S7-300的皮带机集中控制系统

文/鲍勇豪

1 概述

煤矿井下皮带机少则几百米,多则数千米。按照规定需给皮带机装设皮带保护：皮带机沿线的拉线开关每隔100m设1个,跑偏开关应在机头、机尾各设1对,再根据胶带长度在中间设若干对。输送机若是1km长,则拉线开关设11个,跑偏开关最少设3对。再加上配套的跑偏传感器、速度传感器、张力传感器等等，安装时的布线复杂程度可想而知，为了减少安装布线的复杂程度传统皮带保护的安装一般将各类传感器的输出闭点串接，但这又引发的一个问题是一旦发生跑偏、拉线等故障动作时,要判断哪一位置的保护动作也不是一件容易的事。同时煤炭在运输的过程中防止堆煤又要求沿途的皮带机满足逆煤流启车、顺煤流停车的启停要求，这就需要皮带机的操作工不断地打点联络其它条皮带机的操作人员按要求开停皮带机，针对这种工况华鑫公司开发了KJ886皮带机集中控制系统。系统采用一根八芯快插式总线连接各传感器、远程I/O、扩音电话等，以西门子S7-300可编程序控制器为核心、Profibus为现场总线为基础实现了沿线各传感器的自动识别及对位显示及对多条皮带机集中监控，达到了皮带机的全过程集中控制目的，为煤矿的减员增效打下了坚实的基础。

2 控制系统结构

2.1 系统组成

（1）矿用可编程序控制箱：KJ886系统供电、控制、监测、显示中心；

（2）本安型操作台：系统操作、监测中心；

（3）系列组合拉线急停：可以实现拉线急停、沿线闭锁、通话、预警等功能；

（4）矿用八芯拉力阻燃电缆：带有两层护套、双层屏蔽、两个快速不锈钢插头；

（5）系列组合急停闭锁开关：可以实现拉线急停、沿线闭锁；

（6）远程I/O：用于远距离开关量、模拟量等信号的采集和远程控制，当远程I/O位于主控制器1KM以内时，通讯总线采用profibus；当距离大于1KM，小于5KM时采CAN通讯；

（7）系列传感器：用于皮带机的保护。

2.2 原理框图

如图1所示。

图1

2.3 工作原理

KJ886皮带机监控系统的Profibus总线有两个重要功能，一个功能是通过DP转MODBUS连接可编程序控制器与拉线开关，还有一功能是用于头部皮带可编程序控制器（通常称之为主控制器）与其它皮带的可编程序控制器（称为从控制器）或沿线的远程I/O的通讯实现其它皮带机、给煤机等设备的数据采集与联锁控制。上电后控制器可以通过对拉线开关报文进行解析：以确定其（包括跑偏）数量、状态；当沿线的Profibus总线接入远程I/O或矿用可编程序控制器时，它们可以将自己的所有信息以报文的形式发送给主控制器，同时接受并执行主控制器发送的各种控制指令，实现多个皮带机或其它设备的集中控制或联锁控制。PROFIBUS现场总线是世界上应用最广泛的高速现场总线，目前在多种自动化的领域中占据主导地位。其具有传输速率快等特点，最高速率可达12Mbit/S，在通讯距离达到1KM时通讯速率仍可达到187.5Kbit/S的水平。

2.4 系统功能

（1）所有皮带机具有：①当所连接的磁力启动器、CST、变频器等设备具有通讯功能时可实现在操作台上进行参数整定及故障解析。②低速打滑保护；③跑偏保护及对位显示；④烟雾保护；⑤超温洒水保护；⑥堆煤保护；⑦系统显示煤仓煤位；⑧沿途拉线急停及对位显示；⑨撕裂保护等，显示屏上显示速度、电流等实际工作状态，发生故障时控制中心可以显示故障位置、类型并报警（或停车）。

（2）工作方式有远控、集控、手动、就地和闭锁五种工作方式。

在选择“远控”档位时，系统的所有皮带的控制权归PC上位控制系统，由上位系统通过以太网发出控制命令，传到机头主站，控制皮带机启停，由此实现地面集中控制。

在选择“集控”档位时，系统的所有皮带的控制权归头部皮带的控制主站，通过操作台上的自动控制的按钮来实现控制命令的下发，控制皮带机系统的自动运行，前后设备之间符合“顺煤流停车、逆煤流起车”原则。在集控模式下上位组态仍然可以监测集控运行的相关参数。

在选择“手动”档位时，系统的所有皮带的控制权仍归头部皮带的控制主站，通过操作台上的手动控制的按钮来实现控制命令的下发，控制单条皮带机的运行。

在选择“就地”档位时，系统的各设备的操作权归其的就地控制按钮，头部则为操作台上自动控制区的控制按钮，此方式下由人工现场控制，主要用于设备检修与现场调试。

在选择“闭锁”档位时，系统处于停止状态，保障安全检修。

（3）语音通讯功能。各皮带机通过八芯总线每100m设1台扩音电话，胶带巡检人员可随时与沿线人员通话，便于胶带检修、联络。

（4）报警功能。皮带机启、停前的语音预警、发生故障时故障类型的语音报警。

3 现场使用实例

阳煤三矿竖井皮带系统由两部皮带、两部刮板输送机、一台给煤机组成，于2017年4月安装一套KJ886皮带机集中监控系统，该系统将皮带机相关各种设备状况信息及控制集中到头部皮带机机头位置的中心站，自投入使用以来该系统运行稳定，故障检测准确、保护动作可靠。实现了在操作台上一键操作所有皮带机、刮板机及给煤机的逆煤流启车、顺煤流停车功能；同时也实现沿线传感器的故障对位显示、故障信息的语音播报等功能，该系统还可将所有信息通过光纤传输到地面进行监测、记录、存储，提高了全矿井皮带机输煤系统的现代化管理水平。

4 结语

西门子S7-300PLC是西门子公司的中型PLC，在很多大型采煤机械设备中均有应用，其在煤矿井下的恶劣环境下经受住了性能与稳定性的考验。华鑫公司开发了采用S7-300PLC作为控制核心，以Profibus为现场总线，沿线传感器、扩音电话等可采用八芯快插快速连接的KJ886皮带机集中控制系统。在现场实际应用中该系统安装方便、运行可靠、所有传感器的接入实现了自动检测与动作时的对位显示，井下所有皮带机操作仅需一名操作工（同时安排少量巡检人员工作），这不仅大大改善了工人的工作环境，减少人员安排，减少人为事故隐患，为企业创造了实实在在的经济效益。