1、概述

    煤礦企業(yè)的原煤主運輸系統(tǒng)通常采用帶式輸送機。該運輸系統(tǒng)承擔著井下采掘面原煤運往地面儲煤倉的重任，系統(tǒng)運行的效率與安全直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。由于原煤運輸線路長、生產(chǎn)環(huán)節(jié)多、工藝復(fù)雜、運輸量不均衡、設(shè)備負荷變化大、頻繁停車等原因，造成用人多、電力損耗大，事故率居高不下。現(xiàn)代煤礦不斷追求高產(chǎn)高效，唯有采用先進的控制方式，實現(xiàn)運輸過程和生產(chǎn)過程的自動化集中監(jiān)視與控制，最終實現(xiàn)減人提效的目標。

    本文主要介紹小屯礦全礦井帶式輸送機集中監(jiān)控系統(tǒng)的研制與應(yīng)用情況。該系統(tǒng)集控制、監(jiān)視、監(jiān)測、保護和管理的功能于一體，實現(xiàn)了原煤運輸系統(tǒng)整體自動化、智能化及控制與管理一體化。

2、系統(tǒng)監(jiān)測對象和功能

    (1)監(jiān)測對象

    監(jiān)測對象主要包括6臺給煤機、1臺振動篩、1臺破碎機和21臺帶式輸送機，運輸路線總長度為3120 m，輸送能力為300 t/h。共分為6個工藝流程，雙生產(chǎn)線并聯(lián)運行。

    (2)主要功能

    1)多種操作方式

    每臺設(shè)備機頭旁均設(shè)有就地操作控制箱，其控制方式有集中聯(lián)動、集中手動、就地聯(lián)動、就地手動及禁止起動等方式，系統(tǒng)操作靈活、可靠。集中方式時，則設(shè)備由集控室操作員通過上位機操作。

    2)多種流程選擇

    在聯(lián)動方式下，可根據(jù)工藝選擇運輸流程。選擇順煤流時，帶式輸送機啟動按順煤流方向，并根據(jù)輸送機速度、長度延時開車，以減少運行時間，系統(tǒng)停止或無煤時延時自動停車；重載啟動時按逆煤流方向啟動。

    3)完善的保護

    按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，設(shè)置了跑偏、打滑、撕裂、煤位等傳感器。當檢測到故障時，系統(tǒng)進行報警，嚴重故障時緊急停車，有效地防止事故的發(fā)生和故障擴大化。帶式輸送機主滾筒和機頭設(shè)置并聯(lián)運行的雙溫度、煙霧傳感器，并設(shè)置超溫灑水裝置。當檢測到煙霧或超溫時系統(tǒng)報警、設(shè)備停機并自動灑水。

    4)實時監(jiān)測

    運行中對電機的電流進行實時監(jiān)測分析，當發(fā)生電流超限或突變時報警，嚴重時停機。

    5)實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)

    有強大的信息處理功能，其報警信息、運行參數(shù)、操作記錄等信息自動形成標準格式的數(shù)據(jù)庫文件，并在硬盤長期保存，供信息系統(tǒng)調(diào)用。集控系統(tǒng)與調(diào)度電話系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)一起構(gòu)成完整的操作、調(diào)度、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的遙測、遙信、遙控。

3、系統(tǒng)配置

    整個集中控制系統(tǒng)由上位機部分、PLC可編程序控制器部分、現(xiàn)場設(shè)備及傳感器三大部分組成，系統(tǒng)還具有現(xiàn)場視頻監(jiān)視系統(tǒng)和選播語音通訊系統(tǒng)。

    (1)上位機部分

    上位機部分主要由2臺工控機、2臺大屏幕顯示器、打印機、不間斷電源等組成。

    上位機安裝在集中控制室內(nèi)，正常工作時2臺同時運行，互為備用，1臺出現(xiàn)故障時，不影響系統(tǒng)的運行。配置為PⅢ-800型CPU/128 M內(nèi)存/40 G硬盤/40速光驅(qū)／大屏幕監(jiān)示器。

    上位機運行組態(tài)軟件RSView32和通訊軟件RSLinx。RSView32軟件運行于Windows環(huán)境下，提供數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、以及信息管理等功能。它使用1個開放型平臺．支持ODBC、OLE、DDE和OPC標準，具有齊全的目標定位式（Object-Oriented）編程、報警、趨勢圖、事件檢測、數(shù)據(jù)輸入、通信等功能，支持具有1500個外部標簽的開放型數(shù)據(jù)庫，是一種適應(yīng)高速度和高可靠性要求的開放的組態(tài)軟件。系統(tǒng)在RSView32平臺上開發(fā)和運行，具有以下功能：

    1)動態(tài)監(jiān)控

    形象逼真的動態(tài)監(jiān)控界面，操作靈活方便。

    2)實時顯示

    設(shè)備的狀態(tài)實時顯示，在集控方式下通過鼠標、鍵盤對設(shè)備進行操作。

    3)實時報警

    設(shè)備運行故障和工藝參數(shù)異常在監(jiān)控上位機實時報警，并在計算機硬盤上永久記錄。

    4)自動記錄

    對電流等工藝參數(shù)自動記錄，并顯示實時的或歷史的資料曲線。

    (2) PLC部分

    系統(tǒng)采用全分布式控制結(jié)構(gòu)，見圖1所示。主控室位于地面，在地面和井巷中共設(shè)9個PLC控制站，即1個總站( HSC)和8個分站（CSl-CS8），各站分別配置CPU單元；在主控室設(shè)2臺上位監(jiān)控機，運行人機界面軟件RSVIEW32。各PLC站與上位機之間通過工業(yè)局域網(wǎng)DH485聯(lián)接。PLC控制站負責現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制，通過上位機，可對整個系統(tǒng)的設(shè)備進行遠程監(jiān)視和集中控制。

    系統(tǒng)采用美國ROCKWELL公司A-B品牌的PLC，地面主控制站為SLC5/03型，井下控制站為MicroLogix1500型。SLC5/03支持遠程I/O和本地擴展功能，支持各種離散量、模擬量及特殊功能模塊，最大容量為8192個I/O點，內(nèi)置一個RS232和一個DH-485通訊口，是一種功能高度集成的中型規(guī)模的控制器。MicroLogix1500支持本地擴展功能，支持離散量和模擬量模塊，最大容量為150多個I/O點，內(nèi)置1個RS232通訊口，是一種靈活緊湊的小型控制器。這兩種產(chǎn)品均提供了功能強大的處理器指令集、高級的編程工具以及可擴展的產(chǎn)品功能，適用于在工業(yè)環(huán)境組建完善、靈活的自動化控制系統(tǒng)。

    DH-485通訊網(wǎng)絡(luò)是由A-B公司推出的一種工業(yè)通訊協(xié)議，支持多達32個節(jié)點，無中繼，單鏈路通訊距離達1200 m，通訊速率9600~19200  bps可選。本系統(tǒng)建立了兩個通訊鏈路，通過CSl~CS5及HCS的RS232通訊口建立了鏈路1，由CS6~CS8、HCS的DH485通訊口及上位機建立了鏈路2，在每個鏈路上各設(shè)1個中繼器。通過數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)將各控制站聯(lián)接成一個整體。

    (3)現(xiàn)場設(shè)備及傳感器部分

    1)控制方式

    每臺設(shè)備機頭旁均設(shè)有就地操作控制箱，其控制方式有集控（自動、手動）、就地和原系統(tǒng)等方式，使系統(tǒng)操作靈活方便。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可切換到原有系統(tǒng)正常運行。

    2)自診斷功能

    系統(tǒng)軟件具有自診斷功能，在設(shè)備起動前，對設(shè)備的保護裝置和傳感器及設(shè)備環(huán)境（如電網(wǎng)電壓是否正常）進行一次自檢；設(shè)備起動時，還可以實現(xiàn)從現(xiàn)場反饋實際狀態(tài)信號，防止指令與現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)不一致。

   3)運輸流程

  在聯(lián)動方式下，可根據(jù)工藝選擇運輸流程，帶式輸送機啟動按順煤流方向，并根據(jù)其速度、長度延時開車，以減少運行時間；重載啟動時，按逆煤流方向啟動；系統(tǒng)停止或無煤時延時自動停車。

    4)設(shè)置各類保護

    a．長度大于30 m的帶式輸送機，設(shè)置跑偏開關(guān)；長度小于50 m的帶式輸送機在機頭、機尾各設(shè)置一對跑偏開關(guān)；對于大于50 m的帶式輸送機，每隔50 m設(shè)置一對跑偏開關(guān)，一級跑偏用于故障報警，二級跑偏用于故障停車。

    b．所有帶式輸送機均設(shè)置速度傳感器，用于檢測打滑及超速等異常情況。

    c．在給煤機或溜槽處加裝膠帶縱向撕裂保護，以防止有大型異物時損壞膠帶事故的擴大化。

    d．在易發(fā)生堵塞的溜槽加裝溜槽堵塞傳感器，防止溜槽堵塞而損壞膠帶機。

    e．所有滾筒設(shè)置溫度傳感器，實時檢測滾筒溫度；在機頭設(shè)置雙感煙探測器與雙溫度傳感器，并聯(lián)運行，當一個感測到煙霧或高溫即報警；設(shè)有自動灑水裝置。當帶式輸送機嚴重打滑產(chǎn)生高溫或發(fā)生火災(zāi)時，設(shè)備停機并自動灑水。

    f．帶式輸送機每100 m設(shè)起動預(yù)警裝置，設(shè)備啟動前發(fā)出預(yù)警信號，提示有關(guān)人員立即遠離設(shè)備。

    g．對所有電機的電流監(jiān)測，運行中對電機的電流進行分析，并與速度傳感器配合報告空載、重載、電機空轉(zhuǎn)等狀態(tài)。

    h．煤倉設(shè)置高低煤位傳感器。

    1．當有故障發(fā)生時，系統(tǒng)同時發(fā)出聲光報警，并在硬盤上記錄。對停機類故障，故障設(shè)備和上游設(shè)備立即停止運行，其下游設(shè)備待煤流排空后經(jīng)延時依次停止運行。

    j．對需要在現(xiàn)場試驗的保護裝置，安裝試驗反饋信號（電鈴），試驗保護可靠時，發(fā)出聲音信號。

    k．為解決雙生產(chǎn)線同時運行時煤量的平衡問題，對其中一條生產(chǎn)線的給煤機使用變頻器調(diào)節(jié)給煤量，減少重載停車次數(shù)。

    1．在相應(yīng)地點分別安裝8臺攝像機，組成工業(yè)電視系統(tǒng)，并在相應(yīng)長度安裝信號放大器，以保證信號清晰可靠。

    m．各操作點與集控室之間通過選播語音通訊系統(tǒng)進行聯(lián)系，以保證各操作點現(xiàn)場情況的快速匯報與反饋，語音通訊具有選播與群呼的雙向雙工通訊功能，語音清晰洪亮，即使在設(shè)備噪音很大的現(xiàn)場

也能保證通訊的可靠性。

4、控制原理及軟件

    本系統(tǒng)控制軟件的開發(fā)工具采用RSLogix500軟件，它提供了基于Windows的操作接口和豐富的指令集。DH-485網(wǎng)絡(luò)采用RSLinx軟件進行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊。控制軟件采用梯形圖編制，通過通訊網(wǎng)絡(luò)由上位機下載到PLC中。

    PLC控制軟件包括以下參數(shù)組態(tài)或功能模塊：

    (1)參數(shù)組態(tài)

    系統(tǒng)的基本參數(shù)組態(tài)包括控制器型號、通訊信道組態(tài)、電源模塊組態(tài)、I/O模塊的組態(tài)等。

    (2)功能模塊

    1)系統(tǒng)安全處理模塊

    主要包括上電復(fù)位、系統(tǒng)自診斷、急停或事故處理等。

    2)塊傳輸處理模塊

    控制站間的通訊采用塊傳輸機制進行。

    3)模擬量處理模塊

    包括模擬量模塊的組態(tài)、模擬量數(shù)據(jù)的量程變換運算等。

    (3)運算

    1)電流參數(shù)處理運算

    包括電機電流超限分析和突變分析。

    2)設(shè)備邏輯控制運算

5、系統(tǒng)特點

    (1)可靠性高

    選用先進的美國ROCKWELL公司A-B品牌的MicroLogix1500可編程控制器。系統(tǒng)的實時性好，可靠性高，數(shù)據(jù)處理速度快。McroLogix1500具有32K程序內(nèi)存及4K附加數(shù)據(jù)內(nèi)存的存貯能力，具有多達99個編程指令，典型掃描時間僅0.9 ms/K。

    (2)安全性好

    采用全分布式控制結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具有較高的安全性，各站之間既相互獨立又相互聯(lián)系，局部出現(xiàn)故障，不會導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓。

    (3)通訊距離遠

    通訊網(wǎng)絡(luò)速度快，距離遠，可靠性高。DH485網(wǎng)絡(luò)是實時工業(yè)控制局域網(wǎng)絡(luò)，提供了在PLC之間、PLC與HMI工作站及遠程I/O控制站之間的實時、快速的對等通訊，通訊波特率達19.2 kbps，兩節(jié)點之間最大通訊距離達3050 m。

    (4)操作方便

    界面直觀友好，操作簡便，功能齊全。RS-VIEW32軟件是一種可集成的、基于組件的HMI系統(tǒng)，為直觀、有效的監(jiān)視和運行控制系統(tǒng)提供了極大的靈活性。

    (5)布線方便

    由于采用遠距離通訊網(wǎng)絡(luò)，使布線更加方便，并大大減少電纜用量。

    (6)維護方便

    維護方便，運行費用低。系統(tǒng)擴展方便，可隨時增加節(jié)點，并可通過網(wǎng)絡(luò)由集控室在線修改程序。控制器和網(wǎng)絡(luò)可靠性高，維護工作量小。

6、結(jié)語

    系統(tǒng)投入運行2.5 a來，運行正常，實現(xiàn)了提高生產(chǎn)效率、減少現(xiàn)場操作人員、提高設(shè)備安全性和經(jīng)濟效益等目標。


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