電廠輸煤皮帶機(jī)集控技術(shù)的探索

張玉瑩

摘? 要：該文介紹了皮帶機(jī)集控的研究目的及其控制系統(tǒng)的組成、工作原理、主要功能、控制要求、使用效果，其中詳細(xì)介紹了控制系統(tǒng)設(shè)備層、控制層、管理層的組成，各種方式下的保護(hù)功能，重點(diǎn)闡述集控方式下多部皮帶機(jī)的閉鎖啟停順序，及各種保護(hù)動(dòng)作情況下皮帶機(jī)的聯(lián)鎖停機(jī)、每部皮帶機(jī)的輔機(jī)與主機(jī)閉鎖啟停順序、控制層與管理層（上位機(jī)）的以太網(wǎng)通訊、組成軟件等，從皮帶機(jī)集控應(yīng)用效果、技術(shù)先進(jìn)性說明了項(xiàng)目的推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：皮帶機(jī)? 集控技術(shù)? 工作原理及功能? 控制要求

中圖分類號(hào)：TM621 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）09（b）-0040-03

Abstract： This paper presents the research purpose of belt conveyor control and its control system composition， working principle， main functions， control requirements and use effects. The details of the control system equipment layer， control layer and management layer are introduced in detail. This paper emphatically expound the sequence of interlocking start-stop of multi-belt conveyors under centralized control mode， interlocking stop of belt conveyors under various protective actions， the sequence of start-stop of auxiliary and main engine of each belt conveyor， Ethernet communication between control layer and management layer （upper monitor）， and software composition. The application value of the Technology is illustrated from the application effect of centralized control of belt conveyor and the advanced technology.

Key Words： Belt conveyor; Centralized control technology; Working principle and function; Control requirements

電廠輸煤皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)備分布廣、保護(hù)多、監(jiān)測(cè)監(jiān)控元件多，信息的傳輸及控制要求高，傳統(tǒng)的皮帶機(jī)采用人工控制，每部皮帶機(jī)均需要一個(gè)皮帶機(jī)司機(jī)，占用人員多，多部皮帶機(jī)連續(xù)運(yùn)輸時(shí)，當(dāng)下部皮帶機(jī)發(fā)生故障，需電話聯(lián)系上部帶司機(jī)停機(jī)，造成上部皮帶不能及時(shí)停機(jī)，往往造成皮帶機(jī)尾堆煤事故，不利用電廠的安全高效發(fā)展[1-2]，為此，研究皮帶機(jī)集中控制技術(shù)。

1? 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成

本控制系統(tǒng)采用“遠(yuǎn)程集中控制為主，現(xiàn)場(chǎng)就地操作為輔”的控制方式，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)分為管理層（上位機(jī)）、控制層（PLC控制室）和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層三層網(wǎng)絡(luò)控制體系。其中，各類傳感器及保護(hù)裝置、PLC控制站、上位機(jī)分別為設(shè)備層、控制層、管理層的功能核心[3]。

1.1 設(shè)備層

設(shè)備層包括各類保護(hù)開關(guān)、傳感器及執(zhí)行設(shè)備，主要針對(duì)皮帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、故障現(xiàn)象進(jìn)行參數(shù)采集及狀態(tài)反應(yīng)，將系統(tǒng)各部皮帶的啟停、拉繩動(dòng)作、撕裂故障、跑偏故障、打滑故障、溫度、語(yǔ)音報(bào)警、聲光顯現(xiàn)等進(jìn)行保護(hù)或狀態(tài)的顯示，并實(shí)時(shí)傳輸至控制層、管理層[3]。傳感器有減速機(jī)潤(rùn)滑油壓壓差變送器、主電機(jī)定子溫度及軸承溫度傳感器、減速機(jī)軸承溫度及油溫傳感器，保護(hù)開關(guān)包括二級(jí)跑偏開關(guān)、縱向撕裂保護(hù)開關(guān)、雙向拉繩開關(guān)、欠速開關(guān)、主電機(jī)開關(guān)柜的電流保護(hù)等[4]。

1.2 控制層

控制層主要以PLC為核心，由控制主站、控制分站、防爆就地控制箱組成?？刂茖永肞LC的數(shù)據(jù)處理能力，將各傳感器采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算及處理、信息轉(zhuǎn)換、指令發(fā)送，通過程序指令進(jìn)行條件判斷，為管理層提供故障保護(hù)、人機(jī)界面現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制以及工藝流程顯現(xiàn)，該部分為遠(yuǎn)程集中控制的關(guān)鍵[5]。

控制層包括PLC控制主站與分站、下位機(jī)、就地控制箱、光電轉(zhuǎn)換開關(guān)、皮帶機(jī)變頻器、阻燃電纜、礦用光纖、光電轉(zhuǎn)換器、擴(kuò)音電話、各類傳感器、保護(hù)開關(guān)和礦用攝像儀等設(shè)備組成，主要監(jiān)控皮帶煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的所有設(shè)備[5]。正常生產(chǎn)時(shí)根據(jù)實(shí)際情況既可在集控室遠(yuǎn)程操作（有操作權(quán)限），也可在現(xiàn)場(chǎng)就地操作設(shè)備。

1.3 管理層

管理層包括上位機(jī)、光電轉(zhuǎn)換開關(guān)、光纖、礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，并通過上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)、顯示所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、保護(hù)元器件運(yùn)行參數(shù)，便于疾控人員下達(dá)控制指令，通過人機(jī)界面現(xiàn)場(chǎng)修改工藝流程、設(shè)定參數(shù)，進(jìn)行多部皮帶機(jī)的管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及更新、數(shù)據(jù)庫(kù)資源的共享，從而實(shí)現(xiàn)與整個(gè)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接與通信[5]。

2? 控制系統(tǒng)的工作原理及功能

2.1 工作原理

控制系統(tǒng)通過檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)等實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)各種設(shè)備的保護(hù)。利用傳感器、保護(hù)開關(guān)現(xiàn)場(chǎng)采集皮帶機(jī)撕裂、跑偏、拉繩、溫度等等參數(shù)，并通過工業(yè)控制總線通信技術(shù)傳輸?shù)絇LC控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過工業(yè)以太網(wǎng)將處理好的數(shù)據(jù)利用組態(tài)軟件處理后成圖像及表格等形式上傳至上位機(jī)，便于集控員掌握皮帶機(jī)的運(yùn)行情況，及時(shí)操作與控制。集控員下達(dá)的控制指令，又逆向傳輸，即通過上位機(jī)—PLC—現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的順序，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制，完成皮帶集控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、集中控制、聯(lián)鎖啟停[3]。

2.2 系統(tǒng)的主要功能

2.2.1 保護(hù)功能

皮帶機(jī)集控系統(tǒng)通過上位機(jī)、下位機(jī)的顯示屏顯示現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境溫度、皮帶速度等參數(shù)，并對(duì)大功率皮帶機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速運(yùn)行。當(dāng)傳感器、保護(hù)裝置的模擬量輸出信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，如皮帶打滑、跑偏、電機(jī)或減速箱溫度過高等開關(guān)量、模擬量出現(xiàn)異常時(shí)，集控系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，在下位機(jī)、上位機(jī)顯示相應(yīng)的故障類型和地址，皮帶機(jī)故障達(dá)到一級(jí)狀態(tài)，發(fā)出預(yù)警，警示集控員觀察設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的變化，以防事故發(fā)生。

在皮帶發(fā)生二級(jí)跑偏、撕裂等嚴(yán)重故障時(shí)，系統(tǒng)斷電停車;在發(fā)生皮帶欠速到85%故障時(shí)，可編程控制器啟動(dòng)液壓漲緊裝置對(duì)皮帶進(jìn)行漲緊處理。若故障繼續(xù)惡化，PLC根據(jù)故障參數(shù)進(jìn)行條件判定后停車，并將故障類型、發(fā)生地址等信息傳輸至上位機(jī)。另外，集控員或現(xiàn)場(chǎng)巡檢員還可以通過手動(dòng)控制，對(duì)系統(tǒng)的皮帶機(jī)及輔機(jī)進(jìn)行斷電停機(jī)。

2.2.2 皮帶機(jī)保護(hù)開關(guān)的分布及動(dòng)作情況

（1）拉繩開關(guān)：安裝在皮帶道行人側(cè)的皮帶機(jī)架上，當(dāng)沿線皮帶機(jī)發(fā)生各類意外故障時(shí)，皮帶機(jī)巡檢人員可就地拉動(dòng)拉繩急停開關(guān)，使皮帶機(jī)停機(jī)。只有拉繩開關(guān)復(fù)位后，皮帶機(jī)方可重新啟動(dòng)。

（2）二級(jí)跑偏開關(guān)：安裝在帶式輸送機(jī)頭、機(jī)尾等容易發(fā)生跑偏的部位，當(dāng)輸送帶跑偏時(shí)，二級(jí)跑偏開關(guān)通過線纜向PLC發(fā)送跑偏信號(hào)，保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置一級(jí)跑偏報(bào)警，二級(jí)跑偏皮帶機(jī)斷電停機(jī)功能，當(dāng)跑偏達(dá)到一級(jí)跑偏或者二級(jí)跑偏設(shè)定值時(shí)PLC分別發(fā)送不同的信號(hào)指令。

（3）電動(dòng)機(jī)表面溫度傳感器：安裝在驅(qū)動(dòng)主電動(dòng)機(jī)機(jī)身及軸承端蓋內(nèi)，用于測(cè)量電動(dòng)機(jī)定子繞組表面溫度及軸承溫度，間接反映定子繞組溫度、軸承溫度，當(dāng)溫度超過預(yù)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警[6]。

（4）減速機(jī)軸承及油溫傳感器：軸承溫度傳感器安裝在減速機(jī)軸承內(nèi)端蓋內(nèi)，油溫傳感器安裝在油池內(nèi)，分別用于測(cè)量減速機(jī)軸承溫度及減速機(jī)油溫，當(dāng)溫度超過預(yù)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警。

（5）欠速打滑開關(guān)：安裝在皮帶機(jī)頭，當(dāng)皮帶機(jī)速度為正常值的85%時(shí)報(bào)警，欠速打滑計(jì)時(shí)30s發(fā)出調(diào)節(jié)液壓漲緊裝置信號(hào)，當(dāng)欠速1min欠速打滑未消失時(shí)報(bào)警停機(jī)。

（6）縱向撕裂保護(hù)開關(guān)：安裝在皮帶機(jī)的中間位置，橫跨與皮帶，當(dāng)檢測(cè)到皮帶縱向撕裂信號(hào)后發(fā)出報(bào)警信號(hào)并立即停機(jī)。

皮帶機(jī)集控保護(hù)原理圖如圖1所示。

2.2.3 信息采集與處理功能

包括采集或執(zhí)行各種開關(guān)量信號(hào)及模擬量信號(hào)，具體為：

（1）開關(guān)量輸入模塊：AB-1756系列PLC開關(guān)量輸入模塊及擴(kuò)展模塊，采集皮帶機(jī)各種開關(guān)量狀態(tài)參數(shù)。

（2）開關(guān)量輸出模塊：AB-1756系列PLC開關(guān)量輸出模塊及擴(kuò)展模塊，通過西門子CPU邏輯運(yùn)算，向皮帶機(jī)輸出開關(guān)量控制信號(hào)。

（3）模擬量輸入：AB-1756系列PLC模擬量輸入模塊及擴(kuò)展模塊，采集皮帶機(jī)各種模擬量運(yùn)行參數(shù)。

（4）模擬量輸出：AB-1756系列PLC模擬量輸出模塊及擴(kuò)展，根據(jù)皮帶機(jī)各種設(shè)備的運(yùn)行要求設(shè)定如溫度等各種模擬量參數(shù)。

2.2.4 通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

根據(jù)電廠煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的實(shí)際情況，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中以滿足通訊信息為前提，同時(shí)兼有系統(tǒng)的先進(jìn)性、安全性、可靠性，構(gòu)建工業(yè)以太網(wǎng)的通信平臺(tái)，利用PLC控制器，并輔以工業(yè)以太網(wǎng)圖像監(jiān)視[7]，實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)電控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控。

為保證系統(tǒng)通訊信息的正常傳輸和數(shù)據(jù)的可靠性，采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，可方便將各種底層設(shè)備、通信系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線等系統(tǒng)地接入主干網(wǎng)絡(luò)。

3? 皮帶機(jī)控制要求

3.1 控制模式

控制系統(tǒng)具有就地、集控、檢修三中工作模式，通過集控室操作臺(tái)上的轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)各種控制方式。正常情況在集控模式下運(yùn)行，集控系統(tǒng)根據(jù)前后設(shè)備閉鎖關(guān)系自動(dòng)啟停，同時(shí)檢測(cè)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)及時(shí)報(bào)警或報(bào)警并停機(jī)。就地模式運(yùn)行時(shí)，一般是在集控系統(tǒng)故障情況下，集控員將皮帶機(jī)的聯(lián)鎖解除，皮帶機(jī)司機(jī)手動(dòng)操作按鈕啟動(dòng)/停止皮帶機(jī)，該種情況下，皮帶機(jī)之間、皮帶機(jī)與輔機(jī)之間均不能實(shí)現(xiàn)閉鎖啟停。檢修模式運(yùn)行時(shí)，皮帶機(jī)司機(jī)手動(dòng)操作按鈕啟動(dòng)/停止皮帶機(jī)，檢查皮帶機(jī)單機(jī)運(yùn)行狀況。皮帶機(jī)運(yùn)行過程中，不能改變其工作方式。

3.2 集控模式

集控狀態(tài)下，報(bào)警停機(jī)等故障信號(hào)自動(dòng)保持，即一旦發(fā)出故障信號(hào)，即使維修后故障信號(hào)消失，微機(jī)內(nèi)仍保留信號(hào)故障記錄[8]，按動(dòng)復(fù)位指令可以清除故障記錄。正常情況下，皮帶機(jī)按逆煤流啟動(dòng)、順煤流延時(shí)停機(jī)，并具有閉鎖功能。該方式下，皮帶機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)到的狀態(tài)信號(hào)傳遞到集中控制層的PLC控制系統(tǒng)，由PLC發(fā)出皮帶機(jī)主電機(jī)啟動(dòng)指令后，啟動(dòng)皮帶機(jī)。運(yùn)行中的皮帶機(jī)在以下任何一種情況下：皮帶機(jī)電流異常動(dòng)作、拉繩開關(guān)動(dòng)作或欠速85%及以下持續(xù)一分鐘、防撕裂開關(guān)動(dòng)作、跑偏開關(guān)二級(jí)保護(hù)動(dòng)作時(shí)（一級(jí)報(bào)警，二級(jí)動(dòng)作），監(jiān)測(cè)信號(hào)傳遞到PLC控制柜，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并發(fā)出皮帶機(jī)立即停機(jī)指令。

皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的閉鎖控制啟停順序：多部皮帶機(jī)之間的啟停順序：逆煤流啟動(dòng)、順煤流停止;任何一部皮帶機(jī)故障急停時(shí)，該部皮帶機(jī)停機(jī)，上部皮帶機(jī)及上上部皮帶機(jī)立即停機(jī)。

4? 使用效果

電廠輸煤皮帶機(jī)集控技術(shù)的探索應(yīng)用，避免了傳統(tǒng)的每人操作一部皮帶機(jī)時(shí)人員誤操作造成的皮帶機(jī)輔機(jī)未啟動(dòng)、啟動(dòng)皮帶機(jī)主電機(jī)而損壞設(shè)備，皮帶機(jī)的聯(lián)鎖啟停避免了下部皮帶機(jī)急停時(shí)上部皮帶機(jī)繼續(xù)運(yùn)行造成的皮帶機(jī)尾堆煤現(xiàn)象，減少了人工清理皮帶道的人工。該技術(shù)實(shí)施后，能夠根據(jù)上位機(jī)顯示的皮帶機(jī)故障現(xiàn)象準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，有利于及時(shí)處理皮帶機(jī)的各類事故，減少了皮帶機(jī)巡檢人員，該技術(shù)先進(jìn)，提高了多部皮帶機(jī)生產(chǎn)安全可靠性，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

5? 結(jié)語(yǔ)

電廠輸煤皮帶機(jī)遠(yuǎn)程集控技術(shù)的探索實(shí)踐實(shí)現(xiàn)了電廠三部皮帶機(jī)的聯(lián)鎖啟停，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、PLC控制系統(tǒng)相應(yīng)靈敏、保護(hù)完善，該系統(tǒng)架構(gòu)采用控制網(wǎng)冗余通訊網(wǎng)絡(luò)[9]，火車裝車煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的集控系統(tǒng)可與公司生產(chǎn)控制系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)各類信息集成與電廠實(shí)現(xiàn)信息聯(lián)通、共享，為電廠實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化、信息化創(chuàng)造條件。

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