带式输送机综合自动监控系统的设计

都波

(淄博矿业集团有限责任公司，山东 淄博 255120)

0 引言

带式输送机是一种柔性运输设备，由于输送距离长、运量大、运输连续、运行可靠，又适用于有转弯及变坡度的运输线路，故应用广泛。但缺点是设备分布广、保护多、监测元件多，信号的传输及控制要求高，不易于安全管理，而且传统带式输送机采用人工控制，制约着矿井的安全高效生产。针对煤矿的实际情况，通过分析研究，决定设计一种带式输送机的综合自动监控系统，为矿井实现综合自动化和信息化创造条件。

1 系统的结构与组成

带式输送机综合控制系统采用以远程集中控制为主，就地操作为辅的控制方式，根据硬件结构可分为就地控制层、数据采集层、远程控制层3层控制体系。

1.1 就地控制层

就地控制层包括现场带式输送机辅机的防爆启动箱(启动柜)、带式输送机主机的防爆就地控制柜。

1) 启动柜。防爆启动箱(启动柜)与传统的防爆控制开关相同，由隔离开关、真空断路器及保护装置、指示灯等组成，通过操作防爆启动箱(启动柜)实现带式输送机辅机的启停控制及运行。

2) 隔爆型就地控制柜。由SIMATIC S7-1200C、液晶触摸显示屏、变频器(或软启动器)、微型继电器、冷却风机及其控制接触器、按钮、指示灯等组成，主要完成现场带式输送机的就地控制、状态指示，是带式输送机主机的工作控制回路。每部带式输送机均有就地单独设置就地一键启停控制，也便于带式输送机的检修、试验。

1.2 数据采集层

数据采集层即带式输送机保护系统的各类传感器、保护开关与相关执行设备的工作状态，主要针对带式输送机的跑偏故障、欠速打滑故障、纵向撕裂故障、烟雾报警、盘闸紧闸、输送带温度、主电动机定子温度、主电动机轴承温度、减速机油温及轴承温度等工作状态进行相应的监测，以及闭锁启停、操作员急停、巡检人员的拉绳急停，并检测带式输送机主机及其附属设备的工作状态，实时将采集的信号反馈到远程控制层。传感器及保护开关的检测信号通过光缆传输至带式输送机的防爆PLC集中控制柜。

1.3 远程控制层

远程控制层包括防爆PLC集中控制柜、远程集控系统等组成。

1) 防爆PLC集中控制柜。主要由S7-400PLC、光电转换开关、微型继电器、SIEMENS MP系列液晶触摸显示屏等组成，其中S7-400PLC主要由CPU模块、PS电源模块、DI开关量输入模块、DO开关量输出模块、AI模拟量输入模块、AO模拟量输出模块、PID模块、CP通讯模块、IM扩展模块、DIN导轨等组成，主要完成现场采集数据的逻辑运算与处理、信息转换、指令操作、提供故障保护、现场数据显示、控制现场设备与工艺流程，通过储存的程序指令进行条件判断是实现远程集中控制的关键。

2) 远程集控系统。包括光电转换开关、工业以太网交换机、2台工控机、2台显示器、打印机、通讯线缆组成，防爆集中控制PLC柜的通讯信号经光纤转换开关进行光电信号的转换，转换后的光信号通信光缆传输至上位机的光电转换开关转换为电信号，再传至工业以太网交换机，由工业以太网交换机拓展工业网络，通过通信线缆将电信号传输到两台工控机，通过工控机、显示器以及工业以太网组态软件显示所有设备的运行状态、工况参数、各类保护的状态、现场动态工艺流程，便于操作人员及时发现设备的异常情况、下达控制指令，实现带式输送机及其辅机的远程控制、闭锁控制、联锁启停，同时为维修人员的事故处理和设备的维护提供便利。该系统具有冗余性，能够实现与整个煤矿自动化系统的网络连接与通信。如图1所示。

2 系统工作原理

远程控制系统通过计算机、通信网络、自动化、工业控制等技术，运用传感器及保护开关对带式输送机及其辅机的控制设备进行保护。传感器将采集到的设备与系统的运行工况参数(如纵向撕裂、跑偏、拉绳、烟雾、欠速、温度、急停等)通过工业控制总线通信技术，反馈到控制核心S7-400PLC进行数据处理。PLC利用工业以太网将处理好的数据传输到上位机，组态软件(上位机)处理后成图像与表格等形式，最后以友好的人机界面提供给带式输送机远程集控员，集控员根据监控系统反映的设备运行情况，进行具体控制与操作。下达的操作指令，又逆向传输，通过上位机-PLC-现场设备的顺序，完成对带式输送机及其辅机的操作，最终实现系统的实时监测与自动化集中控制。

3 系统主要功能

3.1 保护功能

当传感器模拟量及开关量输入发生变化或执行器的输出发生变化时，系统自动进行相应的控制。若发生输送带一级跑偏、主电动机定子绕组温度过高、减速机油温过高、减速机油压过低、主电动机及减速箱轴承温度过高等异常情况时，则系统发出报警信号，并显示相应的故障类型和地址。当输送带发生二级跑偏、纵向撕裂等严重故障或拉绳开关动作、急停开关动作时，带式输送机立即断电停机。当输送带发生欠速打滑、烟雾报警、输送带超温、堆煤保护动作等均延时停机，即当带式输送机速度为正常值的85%时报警，欠速打滑延时30 s发出调节液压涨紧装置信号，当欠速1 min打滑未消失时报警停机；堆煤保护动作持续3 s，带式输送机断电停机；输送带超温时发出超温信号，延时3 s带式输送机断电停机；烟雾保护动作报警，持续2 s后带式输送机停机，并启动洒水装置喷水降温。

3.2 通信网络功能

根据煤流运输系统的实际情况，网络架构以满足通信信息为前提，同时兼有系统的安全性、可靠性、先进性，构建工业以太网的通信平台，利用S7-400PLC控制器，并辅以工业以太网图像监视，实现带式输送机电控系统的远程集中监测监控。

图1 带式输送机综合自动化监控PLC结构组成

4 系统控制方式

系统具有就地、集控、检修控制3种方式，通过选择防爆就地控制柜及远程集控柜的就地、集控、检修转换开关进行控制方式的选择。

1) 远程集控方式。通过操作下位机或上位机的显示器界面即可完成多部带式输送机的集中控制、带式输送机主机的联锁启停、主机与辅机的闭锁启停。

2) 就地控制方式。操作防爆就地启动箱的启停按钮，可实现带式输送机及其辅机的单机启停。

3) 检修状态。通过操作就地控制箱或就地控制柜实现单机检修及状态试验，带式输送机及其辅机在停机状态下仅发出模拟运行状况信号。

4) 多部带式输送机的连续运输。其启停顺序为逆煤流启动、顺煤流停机，闭锁启动，事故状态下联锁停机。

5) 每部带式输送机。只有在辅机(张紧装置除外)正常启动运行情况下才能正常启动，否则禁止启动。带式输送机运行后，除液压涨紧装置以外的任一辅机故障停机，本部带式输送机均立即停机且以上的所有带式输送机立即停机。

5 结论

带式输送机综合自动化监控系统的设计，实现了单人地面远程控制井下带式输送机，该系统操作简单、现场数据采集准确、系统反应快，故障判断准确，减少了带式输送机巡检人员、操作人员。该系统采用控制网冗余通信网络，可通过工业以太网与公司生产控制系统的通信，为矿井实现综合自动化、信息化创造条件。