本質(zhì)安全型帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)在興源礦的應(yīng)用

范懂理

（開灤（集團(tuán)）蔚州礦業(yè)有限公司興源礦，河北 張家口075700）

0 引言

興源礦是本公司下屬的一個(gè)中型煤礦，其四采區(qū)主運(yùn)輸系統(tǒng)由4部皮帶和1部給煤機(jī)組成，采用自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)施集中控制。該控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)就地手動(dòng)和自動(dòng)、遠(yuǎn)程手動(dòng)和自動(dòng)及無人值守等多種控制，真正實(shí)現(xiàn)人本安全、節(jié)約能源、減員增效的目的。

1 系統(tǒng)特性

1.1 人本安全

上位機(jī)采用高性能工業(yè)級(jí)控制計(jì)算機(jī)輔以主流組態(tài)軟件，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄帶式輸送機(jī)各類數(shù)據(jù)以及各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)相應(yīng)的報(bào)警信息采取相應(yīng)預(yù)警機(jī)制。

雙向滾筒處安裝人員保護(hù)裝置，實(shí)時(shí)檢測(cè)人員活動(dòng)，并將數(shù)據(jù)傳至上位機(jī)實(shí)時(shí)記錄、報(bào)警。保證雙滾筒處有人活動(dòng)時(shí)，帶式輸送機(jī)不能啟動(dòng)或及時(shí)停止。

在膠帶機(jī)機(jī)頭及落煤處安裝攝像機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)畫面并上傳至井下主站和地面調(diào)度室。

皮帶沿線安裝通訊機(jī)。當(dāng)皮帶出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過通訊機(jī)與各分站和主站進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。

在膠帶機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾安裝語言告警器，膠帶啟動(dòng)故障時(shí)能通過聲光警告行人注意安全。

1.2 節(jié)約能源

自動(dòng)啟動(dòng)輸送機(jī)系統(tǒng)，按照逆煤流方向逐臺(tái)延時(shí)啟動(dòng)（延時(shí)時(shí)間可隨時(shí)改動(dòng)），停車時(shí)按照順煤流方向逐臺(tái)延時(shí)停車（延時(shí)時(shí)間可隨時(shí)改動(dòng)），系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄每條膠帶機(jī)啟動(dòng)、停止時(shí)間；同時(shí)在最末部輸送機(jī)機(jī)尾安裝GL3－24型料流傳感器，當(dāng)該傳感器檢測(cè)到皮帶無煤時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車，從而達(dá)到節(jié)能效果。

1.3 減員增效

通過對(duì)主運(yùn)輸巷運(yùn)輸設(shè)備控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，可實(shí)現(xiàn)集中控制?，F(xiàn)每班4名皮帶司機(jī)，1名給煤機(jī)司機(jī)，3班共計(jì)20人（包括輪休人員），實(shí)現(xiàn)集中控制后，每班設(shè)2名機(jī)電維修工進(jìn)行檢修，3班共計(jì)8人（包括輪休人員），這樣，可節(jié)省12人，年節(jié)約開支96萬元；同時(shí)減少設(shè)備空轉(zhuǎn)時(shí)間，節(jié)約電能，還可進(jìn)一步提升礦井的自動(dòng)化水平。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

興源礦井下帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)主要由地面調(diào)度室上位機(jī)、主站PLC防爆箱、主站控制臺(tái)、分站防爆箱、分站控制臺(tái)、通訊機(jī)、雙向滾筒人員保護(hù)裝置、視頻采集裝置及各種保護(hù)傳感器等組成。

本系統(tǒng)防爆箱以西門子PLC作為主控元件，防爆箱內(nèi)部由PLC、接線端子、電源模塊、變壓器及各種模塊組成?？刂婆_(tái)由輸出模塊、驅(qū)動(dòng)板、音響喇叭、電話板、喇叭、端子等組成。控制臺(tái)面板有皮帶機(jī)的啟?？刂瓢粹o、啟車預(yù)警按鈕、工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)、系統(tǒng)緊急停車按鈕、故障復(fù)位按鈕和查詢按鈕。操作臺(tái)正面為模擬屏，詳細(xì)顯示皮帶的運(yùn)行情況，同時(shí)也顯示所有皮帶上的各種保護(hù)傳感器的動(dòng)作情況。擴(kuò)展接口可方便地與其他設(shè)備集控，組成一套靈活的控制系統(tǒng)，從而完成整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)及生產(chǎn)系統(tǒng)的控制要求，并可與礦井監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)。本系統(tǒng)控制臺(tái)監(jiān)控、保護(hù)功能齊全，連接簡(jiǎn)單，能準(zhǔn)確識(shí)別故障性質(zhì)及位置，組網(wǎng)能力強(qiáng)，有實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷的能力。

3 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)通過光纖與地面調(diào)度室聯(lián)網(wǎng)成功后，在調(diào)度室設(shè)置了工業(yè)級(jí)上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)，配備了液晶顯示器作為監(jiān)控終端，操作員可在調(diào)度室終端上監(jiān)視控制運(yùn)輸皮帶生產(chǎn)過程，完成對(duì)運(yùn)輸皮帶生產(chǎn)及相關(guān)環(huán)節(jié)的遙測(cè)、遙信和遙控，實(shí)現(xiàn)礦井運(yùn)輸皮帶生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化。

3.1 主站

主站控制臺(tái)和防爆箱均放置在皮帶機(jī)頭處，主站控制臺(tái)采用落地式結(jié)構(gòu)箱體，控制方式分為集控、手動(dòng)、檢修3種?？刂泼姘逵赊D(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行控制，控制點(diǎn)直接進(jìn)入PLC。當(dāng)各分站都選擇集控狀態(tài)時(shí)，主站控制方式才起作用。

主站選擇集控，控制系統(tǒng)的4部皮帶包括各條皮帶間的閉鎖關(guān)系：?jiǎn)?dòng)皮帶前要先按下“開車預(yù)警”鈕，在預(yù)警時(shí)間范圍內(nèi)啟動(dòng)設(shè)備有效。超過預(yù)警時(shí)間后自動(dòng)報(bào)警，表示本次啟動(dòng)失敗。在預(yù)警時(shí)間范圍內(nèi)按下“系統(tǒng)啟動(dòng)”鈕，系統(tǒng)按逆煤流依次啟動(dòng)，前一條皮帶的運(yùn)行反饋點(diǎn)是下一條皮帶啟動(dòng)的條件。按下“系統(tǒng)停止”鈕，系統(tǒng)按順煤流依次停止。

主站選擇手動(dòng)，控制操作順序與集控方式相同，只是啟動(dòng)皮帶要按下主站面板上對(duì)應(yīng)皮帶的啟停按鈕，前一條皮帶的運(yùn)行反饋點(diǎn)是下一條皮帶啟動(dòng)的條件。

主站選擇檢修，即控制任意一條皮帶的啟停，皮帶之間沒有閉鎖關(guān)系，適用于安裝調(diào)試或檢修狀態(tài)時(shí)使用。

在集控狀態(tài)下，任意一條皮帶出現(xiàn)故障，主站都會(huì)有對(duì)應(yīng)的故障顯示和報(bào)警音響，在主站控制臺(tái)按下“音響解除”鈕，音響就會(huì)停止報(bào)警。當(dāng)任意一條皮帶出現(xiàn)故障時(shí)，在主站顯示屏上會(huì)有相應(yīng)的故障指示燈亮。當(dāng)故障處理好后，按下“故障復(fù)位”鈕，在顯示屏上顯示的故障指示燈熄滅。若指示燈仍亮，表示故障沒有排除，需繼續(xù)處理。

3.2 分站

分站控制臺(tái)和防爆箱放在各皮帶機(jī)頭附近的硐室內(nèi)，控制臺(tái)采用壁掛式結(jié)構(gòu)的箱體。控制方式分為集中、就地、檢修3種?？刂泼姘逵赊D(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行控制，控制點(diǎn)直接進(jìn)入PLC。共設(shè)3個(gè)分站，每個(gè)分站控制1部皮帶。

分站控制面板安裝有控制本條皮帶設(shè)備的啟動(dòng)鈕和停止鈕。檢修控制即控制本條皮帶的啟停，設(shè)備之間沒有閉鎖關(guān)系，適用于安裝調(diào)試或檢修狀態(tài)時(shí)使用。

就地控制為控制本條皮帶的啟停。系統(tǒng)正常啟動(dòng)時(shí)，顯示屏上的數(shù)顯表會(huì)實(shí)時(shí)顯示皮帶當(dāng)前的運(yùn)行速度。在就地狀態(tài)下，當(dāng)本條皮帶出現(xiàn)故障時(shí)，控制臺(tái)都會(huì)有對(duì)應(yīng)的故障顯示和報(bào)警音響，在顯示屏上會(huì)有相應(yīng)的故障指示燈亮。在控制臺(tái)按下“音響解除”鈕，音響就會(huì)停止報(bào)警。當(dāng)故障處理好后，按下“故障復(fù)位”鈕，在顯示屏上顯示的故障指示燈熄滅。若指示燈仍亮，表示故障沒有維修好。

通訊機(jī)內(nèi)裝有用于位置識(shí)別的模塊，當(dāng)本條皮帶出現(xiàn)跑偏或拉線故障時(shí)，按下控制臺(tái)“查詢”鈕，本站的數(shù)顯表上能快速、準(zhǔn)確地顯示出跑偏或拉線的故障點(diǎn)，方便現(xiàn)場(chǎng)人員維修。采用位置識(shí)別模塊還可節(jié)省電纜芯數(shù)，大大節(jié)約成本，提高工作效率。

3.3 傳感器

本系統(tǒng)各分站均有具打滑、堆煤、超溫、煙霧、灑水、速度、跑偏、拉線等故障保護(hù)功能的傳感器。當(dāng)有故障時(shí)會(huì)有報(bào)警聲，同時(shí)在主站和分站控制臺(tái)上也會(huì)有各保護(hù)信號(hào)的漢字指示燈顯示。

4 系統(tǒng)先進(jìn)性

（1）現(xiàn)場(chǎng)控制核心采用西門子公司的S7－300系列PLC作為主控元件。該系列PLC具有防潮、抗干擾能力強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)易編程、易擴(kuò)展，性能穩(wěn)定、基本免維護(hù)，能實(shí)現(xiàn)軟件控制化、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)故障等功能。

（2）現(xiàn)場(chǎng)各種傳感器中集成CAN－485采集模塊，使系統(tǒng)能實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器的工作狀態(tài)，并在出現(xiàn)故障時(shí)準(zhǔn)確定位故障位置，可有效減短故障處理時(shí)間。

（3）監(jiān)控人員通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)可直接實(shí)時(shí)監(jiān)控井下情況，不僅能直觀監(jiān)視和記錄井下工作現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)情況，而且能及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故苗頭，防患于未然，也能為事后分析事故提供第一手圖像資料。

（4）主站控制臺(tái)將系統(tǒng)預(yù)警和故障報(bào)警的聲音信號(hào)耦合到有線通訊系統(tǒng)內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)可以及時(shí)了解設(shè)備的啟停情況和運(yùn)行狀態(tài)。

（5）雙向滾筒人員保護(hù)裝置及各種保護(hù)傳感器的應(yīng)用真正實(shí)現(xiàn)人本安全。

（6）當(dāng)由于皮帶機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整不合適造成皮帶輕微跑偏而又不能及時(shí)處理時(shí)，可以對(duì)出現(xiàn)跑偏位置的傳感器進(jìn)行臨時(shí)屏蔽，以保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。屏蔽的故障傳感器以閃爍的紅字（現(xiàn)在皮帶是帶故障運(yùn)行）提醒操作人員應(yīng)及時(shí)維修，并把故障發(fā)生時(shí)間和屏蔽時(shí)間記入數(shù)據(jù)庫備查。

5 結(jié)語

該本質(zhì)安全系統(tǒng)的安裝應(yīng)用可以保證帶式輸送機(jī)在各種安全保護(hù)裝置的保護(hù)下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)集中控制，有效節(jié)約能源，降低事故率，提高生產(chǎn)效率，減短故障處理時(shí)間，減少現(xiàn)場(chǎng)操作人員，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)的成功運(yùn)行對(duì)本公司中小型礦井起到了示范作用，具有重要的推廣應(yīng)用意義。