基于S7-300的皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)

文/鮑勇豪

1 概述

煤礦井下皮帶機(jī)少則幾百米,多則數(shù)千米。按照規(guī)定需給皮帶機(jī)裝設(shè)皮帶保護(hù)：皮帶機(jī)沿線的拉線開關(guān)每隔100m設(shè)1個,跑偏開關(guān)應(yīng)在機(jī)頭、機(jī)尾各設(shè)1對,再根據(jù)膠帶長度在中間設(shè)若干對。輸送機(jī)若是1km長,則拉線開關(guān)設(shè)11個,跑偏開關(guān)最少設(shè)3對。再加上配套的跑偏傳感器、速度傳感器、張力傳感器等等，安裝時的布線復(fù)雜程度可想而知，為了減少安裝布線的復(fù)雜程度傳統(tǒng)皮帶保護(hù)的安裝一般將各類傳感器的輸出閉點(diǎn)串接，但這又引發(fā)的一個問題是一旦發(fā)生跑偏、拉線等故障動作時,要判斷哪一位置的保護(hù)動作也不是一件容易的事。同時煤炭在運(yùn)輸?shù)倪^程中防止堆煤又要求沿途的皮帶機(jī)滿足逆煤流啟車、順煤流停車的啟停要求，這就需要皮帶機(jī)的操作工不斷地打點(diǎn)聯(lián)絡(luò)其它條皮帶機(jī)的操作人員按要求開停皮帶機(jī)，針對這種工況華鑫公司開發(fā)了KJ886皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用一根八芯快插式總線連接各傳感器、遠(yuǎn)程I/O、擴(kuò)音電話等，以西門子S7-300可編程序控制器為核心、Profibus為現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了沿線各傳感器的自動識別及對位顯示及對多條皮帶機(jī)集中監(jiān)控，達(dá)到了皮帶機(jī)的全過程集中控制目的，為煤礦的減員增效打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)組成

（1）礦用可編程序控制箱：KJ886系統(tǒng)供電、控制、監(jiān)測、顯示中心；

（2）本安型操作臺：系統(tǒng)操作、監(jiān)測中心；

（3）系列組合拉線急停：可以實(shí)現(xiàn)拉線急停、沿線閉鎖、通話、預(yù)警等功能；

（4）礦用八芯拉力阻燃電纜：帶有兩層護(hù)套、雙層屏蔽、兩個快速不銹鋼插頭；

（5）系列組合急停閉鎖開關(guān)：可以實(shí)現(xiàn)拉線急停、沿線閉鎖；

（6）遠(yuǎn)程I/O：用于遠(yuǎn)距離開關(guān)量、模擬量等信號的采集和遠(yuǎn)程控制，當(dāng)遠(yuǎn)程I/O位于主控制器1KM以內(nèi)時，通訊總線采用profibus；當(dāng)距離大于1KM，小于5KM時采CAN通訊；

（7）系列傳感器：用于皮帶機(jī)的保護(hù)。

2.2 原理框圖

如圖1所示。

圖1

2.3 工作原理

KJ886皮帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的Profibus總線有兩個重要功能，一個功能是通過DP轉(zhuǎn)MODBUS連接可編程序控制器與拉線開關(guān)，還有一功能是用于頭部皮帶可編程序控制器（通常稱之為主控制器）與其它皮帶的可編程序控制器（稱為從控制器）或沿線的遠(yuǎn)程I/O的通訊實(shí)現(xiàn)其它皮帶機(jī)、給煤機(jī)等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與聯(lián)鎖控制。上電后控制器可以通過對拉線開關(guān)報文進(jìn)行解析：以確定其（包括跑偏）數(shù)量、狀態(tài)；當(dāng)沿線的Profibus總線接入遠(yuǎn)程I/O或礦用可編程序控制器時，它們可以將自己的所有信息以報文的形式發(fā)送給主控制器，同時接受并執(zhí)行主控制器發(fā)送的各種控制指令，實(shí)現(xiàn)多個皮帶機(jī)或其它設(shè)備的集中控制或聯(lián)鎖控制。PROFIBUS現(xiàn)場總線是世界上應(yīng)用最廣泛的高速現(xiàn)場總線，目前在多種自動化的領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位。其具有傳輸速率快等特點(diǎn)，最高速率可達(dá)12Mbit/S，在通訊距離達(dá)到1KM時通訊速率仍可達(dá)到187.5Kbit/S的水平。

2.4 系統(tǒng)功能

（1）所有皮帶機(jī)具有：①當(dāng)所連接的磁力啟動器、CST、變頻器等設(shè)備具有通訊功能時可實(shí)現(xiàn)在操作臺上進(jìn)行參數(shù)整定及故障解析。②低速打滑保護(hù)；③跑偏保護(hù)及對位顯示；④煙霧保護(hù)；⑤超溫灑水保護(hù)；⑥堆煤保護(hù)；⑦系統(tǒng)顯示煤倉煤位；⑧沿途拉線急停及對位顯示；⑨撕裂保護(hù)等，顯示屏上顯示速度、電流等實(shí)際工作狀態(tài)，發(fā)生故障時控制中心可以顯示故障位置、類型并報警（或停車）。

（2）工作方式有遠(yuǎn)控、集控、手動、就地和閉鎖五種工作方式。

在選擇“遠(yuǎn)控”檔位時，系統(tǒng)的所有皮帶的控制權(quán)歸PC上位控制系統(tǒng)，由上位系統(tǒng)通過以太網(wǎng)發(fā)出控制命令，傳到機(jī)頭主站，控制皮帶機(jī)啟停，由此實(shí)現(xiàn)地面集中控制。

在選擇“集控”檔位時，系統(tǒng)的所有皮帶的控制權(quán)歸頭部皮帶的控制主站，通過操作臺上的自動控制的按鈕來實(shí)現(xiàn)控制命令的下發(fā)，控制皮帶機(jī)系統(tǒng)的自動運(yùn)行，前后設(shè)備之間符合“順煤流停車、逆煤流起車”原則。在集控模式下上位組態(tài)仍然可以監(jiān)測集控運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)。

在選擇“手動”檔位時，系統(tǒng)的所有皮帶的控制權(quán)仍歸頭部皮帶的控制主站，通過操作臺上的手動控制的按鈕來實(shí)現(xiàn)控制命令的下發(fā)，控制單條皮帶機(jī)的運(yùn)行。

在選擇“就地”檔位時，系統(tǒng)的各設(shè)備的操作權(quán)歸其的就地控制按鈕，頭部則為操作臺上自動控制區(qū)的控制按鈕，此方式下由人工現(xiàn)場控制，主要用于設(shè)備檢修與現(xiàn)場調(diào)試。

在選擇“閉鎖”檔位時，系統(tǒng)處于停止?fàn)顟B(tài)，保障安全檢修。

（3）語音通訊功能。各皮帶機(jī)通過八芯總線每100m設(shè)1臺擴(kuò)音電話，膠帶巡檢人員可隨時與沿線人員通話，便于膠帶檢修、聯(lián)絡(luò)。

（4）報警功能。皮帶機(jī)啟、停前的語音預(yù)警、發(fā)生故障時故障類型的語音報警。

3 現(xiàn)場使用實(shí)例

陽煤三礦豎井皮帶系統(tǒng)由兩部皮帶、兩部刮板輸送機(jī)、一臺給煤機(jī)組成，于2017年4月安裝一套KJ886皮帶機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)將皮帶機(jī)相關(guān)各種設(shè)備狀況信息及控制集中到頭部皮帶機(jī)機(jī)頭位置的中心站，自投入使用以來該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，故障檢測準(zhǔn)確、保護(hù)動作可靠。實(shí)現(xiàn)了在操作臺上一鍵操作所有皮帶機(jī)、刮板機(jī)及給煤機(jī)的逆煤流啟車、順煤流停車功能；同時也實(shí)現(xiàn)沿線傳感器的故障對位顯示、故障信息的語音播報等功能，該系統(tǒng)還可將所有信息通過光纖傳輸?shù)降孛孢M(jìn)行監(jiān)測、記錄、存儲，提高了全礦井皮帶機(jī)輸煤系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理水平。

4 結(jié)語

西門子S7-300PLC是西門子公司的中型PLC，在很多大型采煤機(jī)械設(shè)備中均有應(yīng)用，其在煤礦井下的惡劣環(huán)境下經(jīng)受住了性能與穩(wěn)定性的考驗(yàn)。華鑫公司開發(fā)了采用S7-300PLC作為控制核心，以Profibus為現(xiàn)場總線，沿線傳感器、擴(kuò)音電話等可采用八芯快插快速連接的KJ886皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)。在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中該系統(tǒng)安裝方便、運(yùn)行可靠、所有傳感器的接入實(shí)現(xiàn)了自動檢測與動作時的對位顯示，井下所有皮帶機(jī)操作僅需一名操作工（同時安排少量巡檢人員工作），這不僅大大改善了工人的工作環(huán)境，減少人員安排，減少人為事故隱患，為企業(yè)創(chuàng)造了實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)效益。