煤礦帶式輸送機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

宋晉華

(晉煤集團(tuán) 晉圣億欣煤業(yè)，山西 晉城 048000)

0 引言

目前，煤礦生產(chǎn)朝著高產(chǎn)能井型、高功率裝備、高自動(dòng)化控制的方向發(fā)展。隨著工作面裝備的不斷優(yōu)化改進(jìn)，礦井產(chǎn)能的不斷提高，帶式輸送機(jī)作為礦井煤炭運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵裝備，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性成為礦井能否實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)的一大影響因素。與此同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，將其應(yīng)用于煤礦帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中，對其實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有積極的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)技術(shù)價(jià)值。

1 帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

繼電器控制是目前帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)常用的控制方法，該控制方式以硬件繼電器作為關(guān)鍵元件，通過串聯(lián)方式與主電路相接通，再以主電路的關(guān)鍵參數(shù)(電壓、電流、轉(zhuǎn)速等)為依據(jù)，對帶式輸送機(jī)及其相關(guān)電氣設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)控制動(dòng)作，具有連線便捷易操作、原理簡單易掌握的特點(diǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用中，如果繼電器控制系統(tǒng)中某一處繼電器出現(xiàn)故障，那么整個(gè)繼電器控制系統(tǒng)將無法有效運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)排查串聯(lián)方式下控制系統(tǒng)中繼電器故障所在位置也非常困難，因此該控制方式具有串聯(lián)工作量大、整體成本高、運(yùn)行可靠性差、故障排查困難等一系列缺陷。

與目前常用的繼電器控制方式相比較，PLC控制方式具有連線簡易、維護(hù)便捷、整體成本較低、故障排查簡單等優(yōu)勢。本文基于某煤礦井下帶式輸送機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀況，利用PLC控制方式，對煤礦帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸狀態(tài)與故障預(yù)警綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。

2 PLC選型及主要參數(shù)

由于井下現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣和復(fù)雜，還必須保證帶式輸送機(jī)運(yùn)行的連續(xù)穩(wěn)定性，因此PLC選型必須符合運(yùn)行安全穩(wěn)定、滿足井下現(xiàn)場環(huán)境、適合帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀況以及操作便捷維護(hù)簡單等要求。Mitsubishi Group公司生產(chǎn)的PLC FX2N-32M可編程序控制器、輸出繼電器等符合以上幾點(diǎn)要求，并且具有熱備能力、無憂切換功能等特點(diǎn)，可以通過控制面板對主機(jī)和備用機(jī)進(jìn)行設(shè)定，大幅度提高了操作維護(hù)的便捷性。表1為PLC選型主要參數(shù)。

表1 PLC選型主要參數(shù)

3 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式的布置方式，以地面操控平臺作為系統(tǒng)核心，輔之以井下操控分站，采用自動(dòng)/手動(dòng)的控制方式，通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對帶式輸送機(jī)與其相關(guān)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)在自動(dòng)控制模式下，對帶式輸送機(jī)與其相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)聯(lián)鎖關(guān)系對監(jiān)控點(diǎn)發(fā)出控制信號，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對帶式輸送機(jī)運(yùn)行的控制。地面操控平臺還可以實(shí)時(shí)顯示帶式輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速、頻率、溫度、電流等運(yùn)行狀況，并提示運(yùn)行故障情況及故障位置。圖1為監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

3.1 地面操控平臺

地面操控平臺由1臺運(yùn)行的上位機(jī)和1臺備用的上位機(jī)組成，并安裝有視頻接收器、分配器、服務(wù)器、顯示器各1臺，通過地面操控平臺可以實(shí)時(shí)顯示帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀況、回放歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、對故障情況及其位置進(jìn)行報(bào)警，并對其進(jìn)行操作控制。

3.2 井下操控分站

PLC是井下操控分站的核心部分，通過通訊模塊將各井下操控分站聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的傳輸，利用已編好的程序?qū)崿F(xiàn)對帶式輸送機(jī)的集中控制，通過布置于各井下帶式輸送機(jī)運(yùn)行環(huán)節(jié)的KBA4A型礦用本質(zhì)安全型光纖攝像儀，可在地面操控平臺實(shí)時(shí)顯示井下帶式輸送機(jī)運(yùn)行圖像。當(dāng)啟動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)后，地面操控平臺可通過監(jiān)控系統(tǒng)對整個(gè)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)各環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。圖2為PLC接線示意圖。

圖2 PLC接線示意圖

4 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，必須將帶式輸送機(jī)與其驅(qū)動(dòng)電機(jī)對應(yīng)起來。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，按順序啟動(dòng)各部帶式輸送機(jī)并且使各相鄰帶式輸送機(jī)啟動(dòng)時(shí)保證一定時(shí)間間隔；監(jiān)控系統(tǒng)停止時(shí)，按照與啟動(dòng)相反的順序依次根據(jù)一定時(shí)間間隔停止帶式輸送機(jī)運(yùn)行。圖3為監(jiān)控系統(tǒng)啟停順序示意圖。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)啟停順序示意圖

由于井下帶式輸送機(jī)傳輸距離較長，本次設(shè)計(jì)的PLC通訊方式采用串行通訊的方式，與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過在上位機(jī)中預(yù)先編好的程序給PLC發(fā)送控制信號，PLC自動(dòng)做出響應(yīng)動(dòng)作。各井下操控分站通過Control Net控制網(wǎng)絡(luò)連接組成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，Control Net控制網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)關(guān)相連接，地面網(wǎng)關(guān)再通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位機(jī)之間實(shí)現(xiàn)通訊功能。圖4為監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成示意圖，圖中1號、2號、3號皮帶分別代表主井、采區(qū)及工作面的帶式輸送機(jī)。

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成示意圖

采用國產(chǎn)亞控科技公司開發(fā)的KingVIEW6.55組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，基于地面操控平臺計(jì)算機(jī)微軟系統(tǒng)，對人機(jī)互動(dòng)界面進(jìn)行開發(fā)，具備帶式輸送機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、故障報(bào)警提示、遠(yuǎn)程控制等較為齊備的一系列功能。圖5為監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)互動(dòng)運(yùn)行界面。

圖5 監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)互動(dòng)運(yùn)行界面

5 結(jié)語

根據(jù)井下現(xiàn)場帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀況及實(shí)際需求，利用PLC對礦井帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示帶式輸送機(jī)運(yùn)輸狀態(tài)并對故障情況及其位置進(jìn)行預(yù)警，地面人員可以直觀了解井下帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況并進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。該帶式輸送機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)能夠減輕現(xiàn)場作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度、減少操作人員定員配備、增強(qiáng)井下運(yùn)輸環(huán)節(jié)的可靠性和自動(dòng)化程度，對于礦井實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)和自動(dòng)化、智能化具有積極作用。