帶式輸送機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

張志強(qiáng)

（山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046600）

1 工程概況

2 自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)自動(dòng)化集中控制采用德國(guó)貝克公司的MingMaster作為主控制核心。該控制器直接接入到井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)內(nèi)，通過(guò)光纖進(jìn)行信息的傳遞，從而實(shí)現(xiàn)在井下集中控制的條件。MingMaster內(nèi)置2條Promos總線和1條系統(tǒng)Modbus總線，Promos總線聯(lián)接井下輸送機(jī)的傳感器和開(kāi)關(guān)設(shè)備，Modbus總線用于監(jiān)控系統(tǒng)及配套裝置。

2.1 主控制器的網(wǎng)絡(luò)布置

霍爾辛赫煤礦井下主動(dòng)煤帶式輸送機(jī)主控制器網(wǎng)絡(luò)布置情況如圖1所示，井下的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用的是環(huán)形冗余結(jié)構(gòu)，通過(guò)光纖連接到最近的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，再通過(guò)鋪設(shè)的光纜將信號(hào)傳遞到地面核心交換機(jī)，從而進(jìn)入到中央集控室和可視化系統(tǒng)中。該設(shè)計(jì)方案有效地保障了通訊的安全性和可靠性。具體網(wǎng)絡(luò)布置如圖1所示。

圖1 井下主動(dòng)煤帶式輸送機(jī)主控制器網(wǎng)絡(luò)布置

2.2 Promos總線系統(tǒng)

Promos總線系統(tǒng)包括了安全回路、語(yǔ)音對(duì)講和數(shù)據(jù)通信三大功能。

2.2.1 安全回路

該系統(tǒng)采用的是一種新型的安全回路形式，是一種帶獨(dú)立微控制器的本安電路，與上述的安全回路在電路上的區(qū)別是在12V的控制電壓上疊加了一個(gè)5～15Hz的頻率信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了在帶式輸送機(jī)很長(zhǎng)時(shí)依然能夠用12V的本安控制電壓準(zhǔn)確地接收到沿線任意一個(gè)急停開(kāi)關(guān)的關(guān)斷和接通信號(hào)。新型安全回路、語(yǔ)音通信線、Promos數(shù)據(jù)線進(jìn)行統(tǒng)一封裝在電纜內(nèi)，便于安裝和維護(hù)，提高工作效率。

2.2.2 語(yǔ)音對(duì)講

帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中，100m的間距布置1個(gè)語(yǔ)音對(duì)講設(shè)備，方便語(yǔ)音聯(lián)系。對(duì)講設(shè)備中的信號(hào)通過(guò)Promos總線系統(tǒng)接入到主控制器中，可以達(dá)到控制系統(tǒng)內(nèi)的任一地方，因此可以在集控中心實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音廣播功能。

(7)推動(dòng)房頂光伏工程，大力發(fā)展分布式光伏應(yīng)用，改變補(bǔ)貼方式，鼓勵(lì)自發(fā)自用余電上網(wǎng)，在太陽(yáng)能資源良好、電網(wǎng)接入消納條件好的工業(yè)園區(qū)、商貿(mào)住宅和鄉(xiāng)村區(qū)域以及新農(nóng)村建設(shè)、易地搬遷等選擇分布式光伏發(fā)電將成為太陽(yáng)能應(yīng)用的廣泛形式。

語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)還支持SIPserver技術(shù)，通過(guò)一臺(tái)SIPserver服務(wù)器，還能實(shí)現(xiàn)在地面任意位置不通過(guò)語(yǔ)音設(shè)備而是采用普通程控電話機(jī)和井下所有的語(yǔ)音設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)講和廣播，這就給生產(chǎn)調(diào)度指揮提供了新的方式和便利。

新型語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)下列新功能：

（1）在地面集控中心用語(yǔ)音設(shè)備直接對(duì)井下帶式輸送機(jī)沿線的語(yǔ)音設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)講和語(yǔ)音廣播。

（2）在地面任意位置使用數(shù)字電話機(jī)直接撥打井下帶式輸送機(jī)沿線的語(yǔ)音設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)講。

（3）在井下帶式輸送機(jī)沿線使用語(yǔ)音設(shè)備直接撥打地面任意位置數(shù)字電話機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)講。

2.2.3 Promos通信

對(duì)于Promos協(xié)議的智能設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，帶式輸送機(jī)主控制器都能夠直接進(jìn)行讀取，在MingMaster控制器與帶式輸送機(jī)的開(kāi)關(guān)設(shè)備間布置1根Promos數(shù)據(jù)線，就可以完成對(duì)開(kāi)開(kāi)設(shè)備的全面控制。該措施還可以掛接傳感器，減少控制系統(tǒng)的故障點(diǎn)，有效完成控制效果。通過(guò)Promos總線，帶式輸送機(jī)主控制器就能對(duì)所有傳感器和支持Promos協(xié)議的智能開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

2.3 Modbus通信

Modbus通信協(xié)議當(dāng)前被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)當(dāng)中，成為了一種通用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于該帶式輸送機(jī)輔助設(shè)備當(dāng)中，不支持Promos總線協(xié)議均可采用Modbus通信協(xié)議來(lái)解決。Modbus串行鏈路協(xié)議只有1個(gè)主站，可以有1～247個(gè)從站，從主站發(fā)起，從站在沒(méi)有收到主站的請(qǐng)求時(shí)，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸或相互通信。該通信協(xié)議可采用RS-485或RS-232電氣接口，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)距離的通信。該煤礦帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)中CST減速器、張緊絞車、制動(dòng)器均采用Modbus通信。

2.3.1 CST減速器

該帶式輸送機(jī)選用CST 90°精密減速器，可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的可控軟啟動(dòng)、停車。該減速器具有高剛性、高扭矩、低背隙、低噪音。Modbus通訊可以對(duì)CST減速器的相應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，包括啟動(dòng)、停止、預(yù)壓、緩沖、加速、減速、故障，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)減速器和帶式輸送機(jī)的控制。

2.3.2 張緊絞車

YZLA-200液壓張緊絞車：?jiǎn)?dòng)階段能滿足運(yùn)輸機(jī)的動(dòng)態(tài)防滑，等速階段降低張緊力同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。煤礦井下長(zhǎng)距離阻燃整芯膠帶的伸長(zhǎng)率是常規(guī)皮帶的10倍，簡(jiǎn)單的絞車或重錘張緊等張緊裝置受其張緊距離和張緊力的限制而難以適應(yīng)500m以上皮帶的啟動(dòng)、運(yùn)行和制動(dòng)要求。帶式輸送機(jī)主控制器通過(guò)Modbus通訊能對(duì)YZLA-200液壓張緊絞車的工作信息進(jìn)行采集并通過(guò)軟件顯示，工作人員能清晰的掌握絞車的工作情況。

2.3.3 TP1-98SM 盤(pán)型制動(dòng)器

TP1-98SM 盤(pán)型制動(dòng)器是一種新型高性能制動(dòng)器，具有慣量小、動(dòng)作快、可調(diào)性能好、可靠性高、能用性高等優(yōu)點(diǎn)。該控制器與西門(mén)子S7-200PLC通過(guò)Modbus通訊實(shí)現(xiàn)控制與監(jiān)視。Modbus總線系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2 主運(yùn)煤帶式輸送機(jī)Modbus總線系統(tǒng)示意圖

3 自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)功能分析

3.1 控制方式

該自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)設(shè)置了自動(dòng)方式、單機(jī)閉鎖開(kāi)車方式、單機(jī)解鎖開(kāi)車方式，各工作方式能實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾的切換控制。

（1）自動(dòng)方式。在該控制方式下，通過(guò)用煤倉(cāng)的料位控制帶式輸送機(jī)的啟、停、運(yùn)行，可降低空載運(yùn)行時(shí)間，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

（2）單機(jī)閉鎖開(kāi)車方式。在該控制方式下，給煤機(jī)和帶式輸送機(jī)進(jìn)行閉鎖，分別進(jìn)行單獨(dú)啟、停。

（3）單機(jī)解鎖開(kāi)車方式。在該控制方式下，帶式輸送機(jī)不與給煤機(jī)閉鎖，主要是方便對(duì)帶式輸送機(jī)的檢修和保養(yǎng)。

3.2 控制功能

（1）故障停車功能。當(dāng)有故障或者保護(hù)動(dòng)作信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，立即執(zhí)行停車指令，并向煤流上下游設(shè)備發(fā)出停車請(qǐng)求。

（2）拉空功能。在自動(dòng)方式控制下具有拉空功能，當(dāng)達(dá)到相應(yīng)條件時(shí)停車實(shí)現(xiàn)下次啟車時(shí)為空載啟動(dòng)。

（3）跑偏調(diào)節(jié)模式。處于該模式下，帶式輸送機(jī)啟動(dòng)后預(yù)警聲一直打開(kāi)，帶式輸送機(jī)在運(yùn)行180s后自動(dòng)停車。

4 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)在實(shí)踐中能實(shí)現(xiàn)以下功能和效果：（1）帶式輸送機(jī)沿線語(yǔ)音設(shè)備與地面數(shù)字電話機(jī)可以相互聯(lián)系，提高運(yùn)輸系統(tǒng)的信息化和自動(dòng)化；（2）有效降低帶式輸送機(jī)空載的運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能目標(biāo)；（3）新型本安安全回路的應(yīng)用提高了運(yùn)行的安全性；（4）光纖和總線通信的應(yīng)用降低了電纜敷設(shè)成本。