煤礦井下皮帶監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設計

王栓照 王曙東

摘要：隨著煤礦自動化技術的日益成熟，井下皮帶運輸系統(tǒng)逐步采用地面集中控制，該系統(tǒng)可提高井下煤炭運輸效率，達到安全運行以及減員增效的目的。該文從煤礦井下現(xiàn)場實際情況出發(fā)研究了皮帶集中控制系統(tǒng)在煤礦井下煤炭運輸系統(tǒng)中所起到的作用，淺析了系統(tǒng)的特點、組成和功能。

關鍵詞：煤礦；井下；皮帶；集中控制

中圖分類號：TE2文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)01-0217-03

The Research and Design of the Monitoring and Control of Strap System Underground Coal Mine

WANG Shuan-zhao1, WANG Shu-dong2

（1.Loujun Mining Coal Industry Group Company, Xiaoyi 032300,China;2. Huayang Coal Mine Communication Equipment Co.Ltd, Xu? zhou 221116, China）

Abstract: With more sophisticated of the automation technology in coal mine, the underground belt transportation system gradually con? trolled on ground, this can improve the efficiency of the transport of coal underground, safer and decrease the number of works. This paper based on the actual situation of coal mine underground, analyzed the belt centralized control system in coal transporting underground, and the system characteristics, composition and functions.

Key words: coal mine;underground; strap; centralized control

目前，現(xiàn)代化的自動化控制系統(tǒng)應用越來越廣泛，使用自動化控制系統(tǒng)不僅可以使井下設備安全可靠運行，而且能達到減員增效的目的。部分煤礦井下皮帶運轉尚未實現(xiàn)集中控制，在煤礦生產工藝流程日益自動化無人化的形勢下，使井下皮帶系統(tǒng)通過集中控制和工業(yè)電視相結合符合，對井下皮帶機和煤倉煤位等相關設施進行監(jiān)控監(jiān)測，使其代替復雜的人工操作成為可能。

1系統(tǒng)結構

根據煤礦井下皮帶運輸系統(tǒng)的特點，按照以“井上集中監(jiān)控為主，井下多點監(jiān)測為輔”的原則，本系統(tǒng)是按照以下方案設計。井下皮帶監(jiān)測系統(tǒng)使用冗余的光纖工業(yè)儀態(tài)環(huán)網作為數據傳輸平臺，具有非常高的可靠性和穩(wěn)定性，系統(tǒng)結構如下所示。

1.1控制設備

根據煤礦實際現(xiàn)場分布情況，采用集控系統(tǒng)的結構原理。充分利用電纜、光纖組成混合現(xiàn)場總線，實現(xiàn)對煤礦井下皮帶運輸系統(tǒng)以及工業(yè)電視的集中監(jiān)控。

皮帶監(jiān)控系統(tǒng)主要由井下設備包括控制分站和給煤機、煤倉煤位、保護傳感器信號，傳輸線路，地面監(jiān)控中心等構成。

2系統(tǒng)設計

2.1上位機設計

iFIX是美國Intellution公司自動化組態(tài)軟件產品家族中的一個基于WINDOWS的HMI/ SCADA組件，它提供了工礦領域生產操作的過程可視化、數據采集和數據監(jiān)控。它的功能結構特點是方便與各種PLC進行通信對接，支持通用OPC驅動技術，也支持西門子MPI、PROFIBUS、以太網等聯(lián)網通信[1] [2]。

iFIX的SCADA[3] [4]部分提供了實時顯示功能，方便針對煤礦井下各設備的圖形化操作，內嵌VBA腳本，方便用戶根據自身需要開發(fā)特定功能，并可實現(xiàn)語音報警、實時曲線、歷史曲線、報表查詢、打印等各種功能。。

2.2下位機設計

目前國內應用較多的工控產品有西門子、三菱、歐姆龍、施耐德等幾種PLC，西門子系列PLC因其工作穩(wěn)定、抗干擾能力強，長期不斷電持續(xù)工作等優(yōu)異性在煤礦工控方面應用較多。西門子S7300系列采用模塊化設計，可以滿足中低性能要求的應用，人機對話編程簡單、圖形化編程易學易懂、方便組網等特點對于實現(xiàn)煤礦井下多條皮帶的組網聯(lián)動控制成為可能，因此，我們在系統(tǒng)中采用西門子s7300系列PLC作為下位機編程和聯(lián)網。

3控制系統(tǒng)主要功能與特點

3.1控制模式

地面調度人員可通過三種方式在上位機遠程井下各條皮帶的啟動和停止，系統(tǒng)具備就地、遠程及自動三種控制模式[5]。

3.1.1地面集中控制

操作人員通過這種方式在地面調度室計算機上操作鍵盤和鼠標即可遠程控制井下皮帶、給煤機電機的啟動和停止，并可實時監(jiān)測各種保護傳感器的狀態(tài)信息，并可通過上位機語音系統(tǒng)下發(fā)開車提示命令。

3.1.2人工就地控制

每日檢修時間，檢修工在檢修完皮帶、給煤機及其他控制設備后，可按傳統(tǒng)操作方式電動開停各個設備已查看檢修是否良好，集中控制系統(tǒng)故障或其他原因，各設備采用就地控制

3.1.3控制方式變換

操作員可通過上位機操作手/自動進行就地/集中控制轉換，使得二種控制方式互為備用、互相閉鎖，提高控制可靠性和靈活性。

3.1.4后部閉鎖

根據同煤流方向且相互閉鎖功能，實現(xiàn)啟動流程逆煤流開，停止流程順煤流停。

3.1.5啟動方式

皮帶機采用直接啟動方式。

3.1.6故障解除

上位機具有故障解除功能，對于使用中出現(xiàn)的各類故障，非正常動作，使用中視情節(jié)正確使用。

3.2系統(tǒng)功能

1）冗余功能

地面集控中心采用主、從兩臺計算機實現(xiàn)雙機熱備，當其中一臺計算機停機或出現(xiàn)故障時，自動切換到另一臺熱備計算機以實現(xiàn)監(jiān)控無縫切換防止丟失數據或失控。

2）系統(tǒng)容量

系統(tǒng)由于涉及多條皮帶，每條皮帶包含若干電機啟動停止、電機保護傳感器等，因此需要數量較多的輸入輸出點數量上能夠達到上百或者上千個個以點。

3）擴展功能

系統(tǒng)采用主從站模式，方便系統(tǒng)隨時擴充，例如需要增加皮帶時，可相應增加PLC分站，擴展完成后接入主站即可。

4）打印功能

系統(tǒng)具有完善的信息記錄功能，如皮帶或者電機工作運行的各項參數：開停機時間、電機電壓電流大小、各種保護傳感器報警時間狀態(tài)等，方便用戶隨時查看以往歷史記錄并打印。

5）控制功能

在地面控制室內即可實現(xiàn)對井下皮帶電機的啟停、復位及傳感器的測試功能，可修改編程程序遠程下載到PLC，以及皮帶給煤機的點動操作等。

6）顯示功能

系統(tǒng)可實時顯示各皮帶電機、保護傳感器及所有信號情況，易用的多畫面切換；當井下各種運行參數或者傳感器報警時有文字、語音提示信息。

7）數據匯總統(tǒng)計

系統(tǒng)可對各種運行數據查詢、報表統(tǒng)計、實時曲線圖、歷史曲線圖、柱狀圖、曲線圖顯示并導出打印。

8）網絡功能

系統(tǒng)設計基于井下環(huán)網，在環(huán)網平臺可以與其它監(jiān)控系統(tǒng)組成網絡供地面調度室、各礦領導及有關部門即時掌握井下各系統(tǒng)情況。

9）掉電保護

系統(tǒng)采用1VA UPS后備電源供電，可防止系統(tǒng)運行過程中突然斷電以致數據丟失或者控制失控，電源的平穩(wěn)切換可保證系統(tǒng)不間斷運行，一般UPS電源可提供兩小時持續(xù)供電。3.3其他功能

可采集或接入各種相關設施狀態(tài)信號、并具有擴展性；

可以方便定義和修改所有被測開關參數的報警值、保護動作值；

實現(xiàn)采集數據、運行狀態(tài)和故障等信息的顯示和傳輸；

系統(tǒng)具有良好的可擴展性，選擇的模塊留有備用容量，可方便的進行擴展，如：增加皮帶機的保護功能、增加與其它皮帶機的閉鎖功能等。

井下皮帶監(jiān)測分站通過以太網通信控制裝置接入井下工業(yè)以太網交換機；地面控制中心工作站，對監(jiān)控數據信息經過處理后通過集成進入全礦綜合信息系統(tǒng)。

如果出現(xiàn)事故異常，地面主控室通過語音系統(tǒng)給出語音報警提示信號。也可以實現(xiàn)開車前預警提示。

完善的信息處理功能，報警信息、運行參數、操作記錄等信息自動形成標準各式的數據庫文件，并在硬盤長期保存，供信息系統(tǒng)調用。

實現(xiàn)系統(tǒng)集中監(jiān)測，生產數據微機化管理。

4結束語

井下皮帶集中系統(tǒng)的使用，大大提高井下煤炭運輸效率，降低了工作難度、強度；能自動控制、集中開停等，操作簡單、使用方便；便于管理查閱開停記錄、傳感器報警信息等；實現(xiàn)了井下皮帶運輸系統(tǒng)的安全、可靠、高效運行，達到了減員增效的目的，有著很強的實際應用意義。

參考文獻：

[1]岳丹松,隋家賢,許海玲.iFIX組態(tài)軟件在炭黑生產過程控制系統(tǒng)中的應用[J].青島科技大學學報，2005,26(6):537-540.

[2]鄒益仁,馬增良.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設計和開發(fā)[M] .北京:國防工業(yè)出版社,2003.

[3]韓路躍.iFIX在城市供水SCADA系統(tǒng)的應用[J].自動化與儀表,2004(3):59-61.

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