掘進(jìn)工作面帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)研究與實(shí)踐

摘 要：隨著工廠智能化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，建立生產(chǎn)線自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制和管理已成為現(xiàn)代大型企業(yè)的發(fā)展方向。帶式輸送機(jī)作為焦化行業(yè)廠內(nèi)煤料和焦炭運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備之一，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的重要環(huán)節(jié)。本文將重點(diǎn)討論掘進(jìn)工作面帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)工作面；帶式輸送機(jī)；遠(yuǎn)程控制

煤礦帶式輸送機(jī)在井下掘進(jìn)工作面運(yùn)輸系統(tǒng)中占據(jù)主要地位，但目前煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)中存在“重主運(yùn)輸系統(tǒng)，輕采掘運(yùn)輸系統(tǒng)；重大型帶式輸送機(jī)，輕小型帶式輸送機(jī)”的傾向。從煤礦生產(chǎn)實(shí)際來看，采掘工作面帶式輸送機(jī)數(shù)量多，運(yùn)行環(huán)境相比主運(yùn)輸較惡劣，占用人員也多，其控制系統(tǒng)大多采用傳統(tǒng)的控制方式，一般處于相互獨(dú)立的狀態(tài)，造成整體維護(hù)困難，信息不能互通，不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)控和管理，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理故障，嚴(yán)重影響了運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，制約了整個(gè)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。近年來以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)得到快速發(fā)展，使得煤礦自動(dòng)化產(chǎn)品得到更廣泛的應(yīng)用和提高，為信息化、自動(dòng)化礦山奠定了良好的基礎(chǔ)。為滿足礦井優(yōu)質(zhì)、高效、安全生產(chǎn)的需要，在煤礦井下掘進(jìn)工作面運(yùn)輸中應(yīng)用帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)帶式輸送機(jī)實(shí)行集中監(jiān)控和自動(dòng)化控制顯得尤為重要，這將給整個(gè)原煤運(yùn)輸系統(tǒng)管理帶來很大的效益。

1 帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

在本次設(shè)計(jì)中，帶式輸送機(jī)的控制系統(tǒng)一共由五部分組成：a）主控制單元。既是整個(gè)系統(tǒng)的管理控制中心，又可就近進(jìn)行信息采集；b）遠(yuǎn)程擴(kuò)展單元?？蓪⑾到y(tǒng)遠(yuǎn)程進(jìn)行擴(kuò)展，可將遠(yuǎn)端信息收集然后進(jìn)行傳輸；c）就地操作顯示單元?？蓪⒅饕r信息進(jìn)行顯示；d）網(wǎng)絡(luò)通信傳輸介質(zhì)。采用Profibus（一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)）工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，是傳輸信息的通道；e）外圍保護(hù)傳感器單元。主要由堆煤、打滑、煙霧、急停、跑偏、縱撕、溫度和超溫灑水等組成。

遠(yuǎn)程信息被遠(yuǎn)程擴(kuò)展單元收集，然后進(jìn)行統(tǒng)一打包，信息發(fā)送到主控制站時(shí)采用通信方式，這種方式不僅電纜使用少、成本低，還避免了電纜故障的發(fā)生，在提高經(jīng)濟(jì)效益的情況下，保證了傳輸信息的可靠性，通信可靠性得到保障。另外，分式的模塊化結(jié)構(gòu)構(gòu)成了遠(yuǎn)程擴(kuò)展單元的主要結(jié)構(gòu)，與主控制單元兼容性良好，不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)橄到y(tǒng)不兼容而導(dǎo)致通信質(zhì)量下降的現(xiàn)象。

2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1硬件設(shè)計(jì)

硬件核心設(shè)備57-300擔(dān)負(fù)著帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理、發(fā)送控制指令等功能，是系統(tǒng)的主控制中心，遠(yuǎn)程主要由數(shù)字量輸出模塊及導(dǎo)軌組成。各個(gè)硬件組成的程序可對(duì)主控制單元與各遠(yuǎn)程單元模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

2.2軟件設(shè)計(jì)

主控單元47-300在工作時(shí)主要有信息收集階段、邏輯分析處理階段與輸出執(zhí)行階段3個(gè)階段。主控單元可以時(shí)刻監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)，并在必要時(shí)啟動(dòng)外圍傳感器保護(hù)，在電動(dòng)機(jī)發(fā)生工作異常時(shí)和產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作時(shí)，輸送機(jī)會(huì)被自動(dòng)停止。在實(shí)際操作過程中存在手動(dòng)方式與檢修方式，現(xiàn)對(duì)手動(dòng)方式、檢修方式和自動(dòng)方式這三種啟動(dòng)方式之間的區(qū)別進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。a）自動(dòng)方式可以持續(xù)檢測(cè)煤倉中煤位的變化，通過檢測(cè)到煤位，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)煤系統(tǒng)運(yùn)煤速度，實(shí)現(xiàn)啟停輸送系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。設(shè)備在運(yùn)行過程中可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制與啟動(dòng)控制，PLC可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備的安全運(yùn)行；b）手動(dòng)方式由工人監(jiān)測(cè)采區(qū)煤倉煤位，人工手動(dòng)對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行啟停，然后對(duì)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)手動(dòng)控制。在輸送機(jī)工作發(fā)生故障時(shí)，PLC可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制來啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，剩余的可由工人進(jìn)行人工操作，控制輸送機(jī)的啟停；c）檢修方式的實(shí)現(xiàn)必須就地控制，遠(yuǎn)程控制方式不能實(shí)現(xiàn)檢修控制。手動(dòng)操作都可以控制各種電動(dòng)機(jī)的啟停，只需要考慮電器保護(hù)，其余保護(hù)不需要考慮，這樣檢修人員就可精確知道故障發(fā)生的部位。

3帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

功能該監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)焦化企業(yè)全廠帶式輸送機(jī)各工況參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。當(dāng)帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，安裝在帶式輸送機(jī)上的各類保護(hù)裝置和傳感器將帶式輸送機(jī)的各種工況參數(shù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)傳給帶式輸送機(jī)控制單元，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集任務(wù)。機(jī)載控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，加工處理，并為上位機(jī)提供原始數(shù)據(jù)。機(jī)載控制系統(tǒng)的核心部件是機(jī)載PLC控制器，機(jī)載PLC控制器通過PLC通信模塊上的RS485端口與PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行連接?，F(xiàn)場(chǎng)總線與地面控制中心服務(wù)器（上位機(jī)）之間通過RS485接口協(xié)議進(jìn)行通信。通過以上傳輸協(xié)議，機(jī)載PLC控制器將物理傳感單元與本地人機(jī)操作裝置連接起來，完成邏輯單元的控制與網(wǎng)絡(luò)通訊等任務(wù)。控制中心服務(wù)器（上位機(jī)）接收來自機(jī)載控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并經(jīng)過分析處理后通過WinCC組態(tài)系統(tǒng)，故障報(bào)警系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)各數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、遠(yuǎn)程控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及故障報(bào)警等功能。

上位機(jī)管理功能：1）保護(hù)信息的顯示。帶式輸送機(jī)打滑、堆煤、跑偏、急停、撕裂、溫度超限、煙霧超限、張緊力下降、斷帶等保護(hù)狀態(tài)可在上位機(jī)顯示。2）上位機(jī)控制。通過上位機(jī)軟件，可實(shí)施地面遠(yuǎn)程順煤流啟機(jī)、逆煤流啟機(jī)、單控啟停機(jī)，可遠(yuǎn)程設(shè)置帶式輸送機(jī)各項(xiàng)保護(hù)參數(shù)。3）故障存儲(chǔ)。任意一種保護(hù)動(dòng)作時(shí)，上位機(jī)均可以將其存儲(chǔ)到故障數(shù)據(jù)庫中：故障查詢：可以按照時(shí)間、輸送機(jī)號(hào)、故障類型等條件進(jìn)行故障查詢，形成查詢信息清單；故障信息打?。焊鶕?jù)設(shè)定條件查詢到的故障清單可以直接生成報(bào)表，支持打印功能；數(shù)據(jù)共享：上位機(jī)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可直接存儲(chǔ)至監(jiān)控服務(wù)器，支持多個(gè)終端訪問。

遠(yuǎn)程監(jiān)控更完善，系統(tǒng)將帶式輸送機(jī)保護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、井上下語音對(duì)講音頻數(shù)據(jù)、打點(diǎn)信號(hào)4種數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入工業(yè)以太網(wǎng)傳輸，在地面能查看更多現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，增加了遠(yuǎn)程監(jiān)控的安全可靠性。上位機(jī)監(jiān)控軟件界面全面反映井下設(shè)備運(yùn)行情況，發(fā)生異常情況時(shí)，報(bào)警語音可直接傳送至監(jiān)控室，實(shí)現(xiàn)井上下聯(lián)動(dòng)。地面和井下直接語音對(duì)講，方便了地面和井下溝通、聯(lián)系。

4結(jié)語

實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)的自動(dòng)化控制一直是焦化企業(yè)生產(chǎn)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文提出了一種實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，該系統(tǒng)運(yùn)行在具有冗余特性的現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)工況參數(shù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障報(bào)警等功能，為煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面自動(dòng)化生產(chǎn)等關(guān)鍵技術(shù)的研究提供了解決路徑。

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作者簡(jiǎn)介

屈強(qiáng)，男，貴州遵義，1983年6月，畢節(jié)市工業(yè)和能源委員會(huì)，礦山機(jī)電。

（作者單位：畢節(jié)市工業(yè)和能源委員會(huì)）