淺談煤礦膠帶機PLC監(jiān)控系統(tǒng)的設計及研究

湯慶勇

摘 要：礦井數(shù)字化、信息化、現(xiàn)代化建設中，煤礦膠帶機性能的逐漸完善使其在煤礦的安全生產(chǎn)和安全運輸過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用，然而其生產(chǎn)與后期維護成本也持續(xù)增高。采用PLC作為煤礦膠帶輸送集中控制的核心，成功實現(xiàn)了煤礦膠帶機運行過程中的故障自動監(jiān)測，提高了系統(tǒng)的可靠性和工作效率，降低了運行成本。本文對煤礦膠帶機PLC集中控制系統(tǒng)設計研究進行簡單分析。

關(guān)鍵詞：煤礦;膠帶機;PLC;監(jiān)控系統(tǒng);設計

中圖分類號：TP277;TD633

膠帶運輸系統(tǒng)是目前國內(nèi)外煤礦煤炭生產(chǎn)運輸?shù)闹饕问?，其具有長運距、大運量、連續(xù)輸送等特點，是煤炭安全高效開采的關(guān)鍵設備。提高膠帶運輸系統(tǒng)自動化水平，實現(xiàn)安全、高效運行，是現(xiàn)代化礦井自動化生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。隨著各項先進技術(shù)的應用，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦膠帶機工作過程中的集中控制以及自動化控制，但隨之增加的是煤礦膠帶機的制造成本以及運行成本，對其集中控制系統(tǒng)進行有效的研究，減少其運行成本，提高其經(jīng)濟效益是非常必要的。

一、控制系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由地面上位機、傳輸網(wǎng)絡、井下各膠帶輸送機單機電控及保護、視頻監(jiān)測四部分等組成。

1.地面上位機

配置兩套工控機，放置在地面集控室，采用研華品牌工業(yè)級計算機，并配備組態(tài)、IP語音廣播軟件。

2.傳輸網(wǎng)絡

可利用礦井已有工業(yè)環(huán)網(wǎng)亦可重新建設，本設計為利用礦井已由工業(yè)環(huán)網(wǎng)。

3.膠帶機電控及保護

井下膠帶機機頭配置隔爆兼本安型控制箱作為控制核心，內(nèi)置西門子S7-1200系列PLC，PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造模塊化的設計，監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)裝配在膠帶機轉(zhuǎn)速場所的多種敏感性礦用膠帶機保護傳感器傳出的開關(guān)量或模擬量信號完成對應的分析，依據(jù)分析所產(chǎn)生的結(jié)果對自動控制膠帶機的安全運轉(zhuǎn)檢測，從而形成對煤礦膠帶機的準確控制。

4.皮帶機頭、機尾、卸載口、搭接處等地點安裝高清網(wǎng)絡攝像儀，就近接入礦井環(huán)網(wǎng)，利用地面配置的網(wǎng)絡硬盤錄像機實時監(jiān)控視頻畫面。

二、控制系統(tǒng)硬件設計

在各膠帶輸送機機頭設置1臺礦用隔爆兼本安型控制箱作為該條膠帶機的主控制器，系統(tǒng)控制/返回運行信號在控制箱內(nèi)部可實現(xiàn)本非安信號轉(zhuǎn)換。此外在膠帶機機頭安裝有煙霧、速度、堆煤、張力、滾筒溫度、電機溫度（PT100）、灑水等保護傳感器和礦用通信信號裝置（主機）。膠帶機沿線每100米處安裝一臺礦用本安型急停閉鎖開關(guān)，沿線每200米處安裝1臺礦用本安型急停閉鎖開關(guān)和礦用通信信號裝置（分機）。在機頭安裝、機中、機尾、變坡點地方各安裝1對跑偏傳感器。在機尾安裝1臺縱撕傳感器，。在張緊裝置鋼絲繩上安裝1臺礦用張力傳感器。在落煤點、機頭、機尾等關(guān)鍵點配置礦用高清網(wǎng)絡攝像儀。在膠帶機機頭配置1臺礦用通訊信號裝置（終端）。

沿線急停閉鎖設備通過8芯電纜連接，并通過鋼絲繩連接進行閉鎖拉停操作。

煤倉上口安裝一臺礦用隔爆兼本安型雷達料位計，用于測量煤倉煤位。

給煤機由1臺多功能控制驅(qū)動器控制，多功能控制驅(qū)動器通過電纜接入就近的礦用隔爆兼本安型控制箱。

膠帶機控制箱內(nèi)以太網(wǎng)網(wǎng)口光口就近接入礦井工業(yè)環(huán)網(wǎng)。

三、控制系統(tǒng)軟件設計

軟件采用梯形圖編程，據(jù)模塊化原則劃分為相對獨立的功能塊。系統(tǒng)開機以后，首先檢測工作狀態(tài)選擇按鈕，若處于工作方式，則進行正常的運行;若處于檢修或事故狀態(tài)，則轉(zhuǎn)入相應的功能塊。

PLC控制箱內(nèi)置RS485模塊，連接各膠帶機驅(qū)動設備的RS485通訊接口，根據(jù)點表，通過編寫通訊程序，讀取各驅(qū)動設備的電流、電壓、頻率、功率等設備運行參數(shù)。

各膠帶機就近接入礦井環(huán)網(wǎng)，各控制器PLC的CPU之間通過通訊，相互之間進行數(shù)據(jù)傳輸，可用來處理各膠帶機之間聯(lián)鎖關(guān)系，通過編寫相應的程序，實現(xiàn)各膠帶機一鍵逆煤流或順煤流啟動，一鍵順煤流停止。

四、控制系統(tǒng)控制方式

系統(tǒng)應具有遠控、就地自動、就地手動三種工作方式

（1）遠控：地面或井下集控主機實現(xiàn)所有參控皮帶的集中控制。

（2）就地自動：膠帶機的起停由其控制器控制，完成設備啟停和皮帶保護。

（3）就地手動：膠帶機各設備可通過控制器上的按鈕單獨操作。

五、控制系統(tǒng)主要功能

1.控制功能

起動：接到起車指令后，首先應以語音方式發(fā)起動預警告，然后按膠帶機啟動工藝流程按順序啟動各臺受控設備。

停車：接到停機指令后，各設備應按控制工藝自動停車。

緊急停車：接到緊急停機指令或出現(xiàn)停車保護故障信號后，應能立即緊急停車。

聯(lián)鎖控制：與前后皮帶及給煤機自動聯(lián)鎖運行，所有相關(guān)設備可一鍵逆、順煤流啟動，順煤流停止。

2.運行工況顯示

膠帶機的狀態(tài)信號：具有顯示各電機的開停狀態(tài)，運行狀態(tài)等工況的狀態(tài)顯示功能。

具有顯示膠帶機跑偏、閉鎖、縱撕、超溫、打滑、煙霧、堆煤等故障信號的顯示和報警功能。

具有對膠帶速度、電機電流、煤倉煤位、皮帶張力、電機軸承溫度、滾筒溫度、閉鎖位置、跑偏位置等模擬量顯示功能。

系統(tǒng)具有報警信息查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢、實時歷史曲線查詢及報表打印功能。

3.語音通話功能

沿線閉鎖擴音電話具備語音通訊語音通信功能，實現(xiàn)膠帶機沿線起動語音預告、各保護故障語音報警、打點信號聯(lián)絡以及沿線語音通訊功能。

通過地面工控機語音擴播軟件可與井下各膠帶機機頭及沿線進行實時語音通話。

六、結(jié)語

（1）采用PLC控制核心，確保系統(tǒng)的功能、性能優(yōu)質(zhì)，運行可靠。

（2）由于PLC系統(tǒng)的靈活性，可方便地通過改變應用軟件隨時改變工藝參數(shù)，增加控制功能。

（3）系統(tǒng)軟件和硬件配置及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有前瞻性。一方面，在考慮配置時，為系統(tǒng)今后的完善、提高留有充裕的擴展容量;另一方面，系統(tǒng)必須具有靈活的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

參考文獻

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