胶带输送机智能化方案设计与实现*

田进宝

(山西焦煤西山煤电东曲矿信息中心，山西 古交 030200)

0 引 言

胶带输送机由钢丝绳芯输送带、皮带张紧装置、皮带系统输送机架、钢筒皮的托辊、驱动传动装置等构成，用于输送综掘、综采工作面开采出的原煤。由于胶带输送机具有运载连续性、自动卸载功能、运输平稳、能量损耗低等优点，因此其在工业运输中得到广泛使用，特别是在矿井生产中得到重要运用[1]。随着矿井智能化建设的不断推进，对胶带输送机高效、连续、安全运行的要求越来越高。目前，矿井胶带输送机在远程操作、智能互联、人机交流三方面还存在不足，各煤矿企业、科研院所针对上述三个问题展开一系列的研究，如文献[2]基于视频技术，动态监测胶带输送机负载变化，并将负载数据以无线通信模式上传至远程操作平台，进而完成对胶带输送机带速的实时调节；文献[3]利用PLC控制器，设计的胶带输送机集中控制平台，使得通过人机交界面及时掌握胶带输送机的运行状态；文献[4]基于Zigbee无线通信模式实现了胶带输送机的远程监控和智能互联，使得胶带输送机通信系统并入矿井井下环网，实现于井上监控系统的智能互联。笔者基于无线通信技术、视频技术以及控制技术优化胶带输送机控制系统，达到提升胶带输送机在远程操作、智能互联、人机交流三方面的系统性能目标需求。

1 方案设计

胶带输送机智能化控制方案从远程操作、智能互联、人机交互三方面展开。在地面监控室设立胶带输送机远程操作平台，以无线通信模式接收井下胶带输送机运行数据并进行实时显示。在煤矿井下设立无线终端中继节点，由原有的环网主站、综合分站完成数据接力传送。设计胶带输送机数据智能互联数据传输网络，胶带输送机控制系统数据以CAN总线通讯模式将数据发送给综合分站；综合分站接收到数据后以TCP/IP通信模式将数据发送给设立的无线UE终端，最后以无线通信模式将数据发送给井上无线UE终端；井上无线UE终端以TCP/IP通信模式将数据发送给胶带输送机远程操作平台，完成井上、井下胶带输送机数据智能互联。设计胶带输送机人机交互界面，实时、动态展示胶带输送机运行过程中的参数设置、状态信息、故障信息等，提升胶带输送机故障解决效率，增强系统的可维护性。

胶带输送机智能化控制方案设计框图见图1所示，由设备控制层以及人机监控层两部分组成。设备控制层中的核心为控制系统，负责采集安装在胶带输送机机身的传感器数据、故障与报警数据、负载监测数据以及实时带速数据，并以无线通信模式转发至综合分站、环网主站，最后经无线终端将所有数据发送至人机监控层。人机监控层的无线终端接收到数据后将胶带输送机数据转发至远程操作平台、人机交互界面并在数据服务器中进行备份[5-6]。通过远程操作平台可实现对胶带输送机的远程控制，如远程启停、急停、加减速等；通过人机交互平台可实时、在线监视胶带输送机的运行数据，如机头、机尾电动机运行速度，故障报警信息等；同时通过人机交互平台可查看胶带输送机历史故障信息、关键参数历史运行曲线等。设备控制层中设计综合分站、环网主站用于以无线通信模式收发胶带输送机数据并于井下工业环网智能互联，形成井上、井下数据智能互通。

图1 胶带输送机智能化控制系统框图

2 方案实现

2.1 智能互联

胶带输送机沿线安装由跑偏、打滑、撕裂、烟雾、速度、瓦斯等传感器，监测胶带输送机的运行情况，当发生故障时，及时向控制系统反馈并报警。为增强胶带输送机传感器数据的智能化处理水平，采用ZigBee无线通信模式将传感器数据传送至控制系统，单传感器与控制系统连接示意如图2所示，在传感器内部增加电源管理电路、调理电路、A/D转换电路、无线通信芯片以及射频电路，将传感器采集到的数据以无线通信方式发送给无线网络协调器，进而传送至控制系统。

胶带输送机数据智能互联系统结构如图3所示，以单传感器无线通信为基础，将胶带输送机的沿线设备急停、扩音电话、传感器、下位机以及终端进行有线连接。在控制系统内增加沿线管理模块、语音报警模块以及输入输出模块用于管理并处理胶带输送机沿线设备并将所有获取的数据以CAN总线通信模式传送至控制系统的主控制器内部[7-8]。在主控制器内由液晶显示屏、VGA驱动板、PC104工控机、固态硬盘以及USB/CAN转换器组成，所有的数据可以存储至固态硬盘并在液晶显示屏上进行展示。

图2 单传感器与控制系统连接示意

图3 胶带输送机数据智能互联系统结构

2.2 远程操作

胶带输送机远程操作平台主要由操作按钮、指示灯以及触摸屏组成，操作按钮即控制指令输入信号，完成对胶带输送机的控制。指示灯用来指示主要设备或主要保护的状态，防止因触摸屏故障而无法开机的情况。触摸屏是操作者通过点击显示屏上的图符或文字，就能实现对控制系统的寄存器修改或查询，从而大大地提高了控制系统的可操作性。本系统中有两种触摸屏和三种通讯连接方式(以太网连接、多点通讯连接，profibus-DP连接)。监测显示皮带机实时运行速度，跑偏开关等各种保护的状态，拉线急停开关的状态，皮带机的运行工况，及各种故障的报警情况都可以在触摸屏上显示。触摸屏提供了每台设备与操作者之间的对话平台，用于操作者就地修改本台设备的运行参数，查找更详细的设备故障记录。以实时监测皮带，减少故障查找环节，提高工作效率。

2.3 人机交互

胶带输送机人机交互平台作为实现操作人员与控制系统之间人机对话、下发具体控制指令的接口设备，集控台人机界面作用越来越大。随着近年来计算机行业的人机界面技术的广泛应用，人机控制界面已经成为现代工业控制系统中的必备设备。本文设计时选用操作台配和计算机控制系统，需要安装北京亚控公司的组态王V6.53进行画面组态。人机界面的主要作用是显示每台设备的主要状态参数，集控控制每台设备的启停，包括联动和单动，联动就是逆煤流依次起机，顺煤流延时停机；单动就是解除每台设备之间的闭锁关系，能单独启停。人机界面还能记录每台设备故障停车的信息动作和复位时间，以方便处理故障。还能记录设备主要实时数据的历史曲线，例如：电动机电流、功率、转矩、胶带机速度等。胶带输送机人机交互平台主界面见图4所示。

图4 胶带输送机控制系统人机交互主界面

3 应用分析

将设计并实现的胶带输送机智能化方案应用于西山煤电东曲煤矿综采工作面的TD801型胶带输送机，该胶带输送机关键参数见表1所列，机头、机尾一共布置三台异步变频电动机，每台电机的额定输出功率为2 000 kW，带速可调范围为0～5.6 m/s。

表1 TD801胶带输送机关键技术指标

(1)智能互联测试 胶带输送机正常运行过程中，人为制造皮带烟雾故障，检测该故障信息是否能够快速、准确传送至地面监控室。胶带输送机发生烟雾故障后，按照在机身的烟雾传感器以ZigBee无线通信方式将数据传送至控制系统。控制系统接收到该数据并进行逻辑分析后以CAN总线通信模式将数据发送至综合分站、环网主站，最后通过UE无线终端将数据传送至地面监控室，数据传送网络通畅，经60 min测试，丢包率仅为0.2%。在地面监控室可及时、准确的接收胶带输送机所有数据，实现了胶带输送机井上、井下智能互联。

(2)远程操作测试 通过操作地面监控室设置的胶带输送机监控平台按钮，如“一键启动”、“急停”、“复位”按钮后，可实现胶带输送机的远程控制。经过多次测试，可实现胶带输送机远程控制，系统稳定性好，可方便、灵活的对胶带输送机进行远程控制。

(3)人机交互测试 通过在井下布置的人机交互平台，如图4所示，设计由主控窗口、急停详情、接线图表、故障记录、参数设置以及操作说明分页，可在线可实时查看胶带输送机运行状态，如运行模式、带温、带速、张紧系统、软起动系统等，并能够及时发现、处理故障信息。

4 结 语

以矿井用胶带输送机为研究对象，从远程操控、智能互联、人机交互三方面提升胶带输送机控制系统性能。基于ZigBee无线通信技术、CAN总线通信、TCP/IP通信技术建立胶带输送机井上、井下数据传输网络，实现井上、井下数据互联互通；在地面监控室设立胶带输送机远程操控平台，实现一键远程操作；基于组态技术设计胶带输送机人机交互界面，使得胶带输送机控制系统可视、可控。

通过胶带输送机人机交互平台，该平台可监视、查看胶带输送机运行数据，方便后期的维护维修。