□□ 朱娟娟

(山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

引言

由于帶式輸送機(jī)運(yùn)輸量大、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，已成為煤礦運(yùn)輸?shù)暮诵脑O(shè)備，承擔(dān)著煤炭的運(yùn)輸工作，在整個(gè)煤礦開采過程中占據(jù)著重要地位。安全高效、集成化、自動(dòng)化程度高的主運(yùn)輸控制系統(tǒng)可大大提升煤礦企業(yè)的工作效率、管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。某煤礦主運(yùn)輸系統(tǒng)由于戰(zhàn)線長(zhǎng)、人員多、控制設(shè)備老化、通訊系統(tǒng)陳舊、自動(dòng)化程度低，已影響到企業(yè)生產(chǎn)。因此，對(duì)其主運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行改造，以PLC控制為核心，由以太環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通訊連接來實(shí)現(xiàn)主運(yùn)輸系統(tǒng)的集中控制[1]。

1 煤礦井下主運(yùn)輸系統(tǒng)介紹

該煤礦井下主運(yùn)輸系統(tǒng)控制的主運(yùn)設(shè)備包含13部皮帶(北皮帶、北東一部、北東二部、北東三部、北東四部、東南一部、東南二部、南東皮帶、暗斜井、下倉皮帶、上倉皮帶、正南一部、正南二部)，1部給煤機(jī)，4部除鐵器和2部破碎機(jī)，運(yùn)輸距離約為9 660 m。主運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸路線長(zhǎng)、人員多，所有皮帶均由崗位工作人員現(xiàn)場(chǎng)控制；絕大多數(shù)設(shè)備由皮帶防護(hù)箱控制，而防護(hù)箱沒有通訊接口，無法實(shí)現(xiàn)集中控制；通訊系統(tǒng)采用的是老舊式電鈴，通訊效果差；傳感器可靠性不高，低速傳感器損壞頻繁，同時(shí)還缺少電流、電壓、溫度、倉位等的檢測(cè)設(shè)備；運(yùn)輸系統(tǒng)沒有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，不能實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備故障，而需要人工巡檢。以上因素導(dǎo)致整個(gè)主運(yùn)系統(tǒng)自動(dòng)化程度低，不利于提高勞動(dòng)效率和安全管理水平，亟需對(duì)其進(jìn)行集控系統(tǒng)改造[2]。

2 煤礦井下主運(yùn)輸系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

隨著自控技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、信號(hào)檢測(cè)與傳輸技術(shù)、通訊技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等的快速發(fā)展，皮帶運(yùn)輸集控系統(tǒng)日趨完善，極大提升了生產(chǎn)安全性、生產(chǎn)運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)了皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)控制與管理的高度自動(dòng)化[3]。

2.1 集控系統(tǒng)

改造設(shè)計(jì)中以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高、安全可靠、功能完善、易于維護(hù)為原則，將所有井下帶式輸送機(jī)全部采用集中控制方式，配置PLC主機(jī)進(jìn)行集中控制，整個(gè)集控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)就地單機(jī)控制(主機(jī)及輔機(jī))，也可在集控中心集中一鍵起停皮帶，同時(shí)為后期留有擴(kuò)展空間。主控系統(tǒng)采用“PLC、操作臺(tái)、計(jì)算機(jī)”相結(jié)合的監(jiān)測(cè)控制方式，以西門子S7-300PLC控制為核心，利用煤礦原有以太環(huán)網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)各控制分站與調(diào)度中心的通訊，通過調(diào)度中心上位機(jī)進(jìn)行地面遠(yuǎn)程控制，可靠地實(shí)現(xiàn)了控制、拖動(dòng)、監(jiān)測(cè)的無縫連接，同時(shí)可對(duì)帶式輸送機(jī)所有運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制[4]。

每部皮帶機(jī)均配置PLC控制柜、防爆攝像儀、防爆千兆交換機(jī)、皮帶保護(hù)、電壓檢測(cè)模塊、電流檢測(cè)模塊、溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、制動(dòng)器、到位檢測(cè)傳感器及智能通訊系統(tǒng)，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶堆煤、跑偏、滅火灑水、低速、煙霧、縱撕、張力下降等情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。集控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1 集控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.2 皮帶操作控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)有兩種控制方式，一種是有聯(lián)鎖(集中)控制方式，另一種是解鎖(就地)控制方式，二者可相互轉(zhuǎn)換，但不會(huì)同時(shí)動(dòng)作。正常生產(chǎn)時(shí)，在集中控制方式下，由集中控制室操作，通過主控PLC下達(dá)指令；檢修與單機(jī)運(yùn)行時(shí)，采用就地控制方式(現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng))。兩種方式的選擇，均可在連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)就地控制柜上進(jìn)行指令交換后完成。

在手動(dòng)控制情況下，可通過現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)上的起停按鈕來實(shí)現(xiàn)皮帶的起?？刂埔约岸嗯_(tái)電機(jī)的力矩平衡。同時(shí)可與其他皮帶聯(lián)鎖控制，皮帶的打滑、跑偏等沿線保護(hù)全部可投入運(yùn)行。

在自動(dòng)運(yùn)行情況下，由PLC程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，可在集控中心控制整個(gè)系統(tǒng)。在集控中心發(fā)出命令來實(shí)現(xiàn)皮帶系統(tǒng)的起停控制，逆料流啟動(dòng)皮帶、順料流停止。系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器、輔機(jī)設(shè)備等的控制功能以及力矩平衡，且整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)功能可全部運(yùn)行。

在就地檢修工作方式下，皮帶機(jī)可進(jìn)行低速驗(yàn)帶，其速度<0.2 m/s,這樣便于檢修人員開展檢修工作，此時(shí)，各種保護(hù)可按工藝需求有選擇地投入運(yùn)行，也可以實(shí)現(xiàn)就地單機(jī)控制，以便于進(jìn)行檢修，各種沿線保護(hù)不運(yùn)行，只運(yùn)行停車保護(hù)。

2.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

整個(gè)控制系統(tǒng)各PLC分站通過網(wǎng)絡(luò)接入集控系統(tǒng)，由上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)以下三方面的功能。

(1)管理功能。生成皮帶控制的整個(gè)工藝流程，為操作人員提供直觀形象、清晰、易于操作、人性化的人機(jī)界面，畫面能夠生動(dòng)形象地反映全部工藝流程、顯示現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)/歷史曲線、報(bào)警記錄等參數(shù)顯示、查詢及保存。

(2)通訊功能。上位機(jī)通過通訊線纜，采用標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站通訊，并通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所有運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換與共享。

(3)設(shè)備監(jiān)控功能。操作人員可在集控中心實(shí)時(shí)查看設(shè)備的運(yùn)行情況，也可對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行操作控制。如可顯示整個(gè)系統(tǒng)皮帶運(yùn)行情況、每臺(tái)電機(jī)運(yùn)行情況、每臺(tái)電機(jī)電流和電壓值、故障報(bào)警值、變頻運(yùn)行參數(shù)等。

同時(shí)，為了便于直觀了解皮帶的運(yùn)行情況，顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了設(shè)備狀態(tài)流程畫面、棒狀圖、重要參數(shù)數(shù)據(jù)監(jiān)控畫面、事故顯示記錄及控制操作畫面。

2.4 皮帶沿線視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為適應(yīng)煤礦發(fā)展的高標(biāo)準(zhǔn)要求，創(chuàng)造安全的礦區(qū)環(huán)境，依據(jù)配置合理、留有余地、性價(jià)比高、安全可靠等原則進(jìn)行了視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造。在皮帶下料口、驅(qū)動(dòng)位、沿線和井下給煤機(jī)機(jī)頭等重要位置安裝了38臺(tái)攝像儀，攝像儀選用KB127礦用隔爆型網(wǎng)絡(luò)攝像儀，通過光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸，信號(hào)穩(wěn)定、成像清晰。在集控室安裝了視頻顯示終端和存儲(chǔ)設(shè)備，對(duì)視頻圖像進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。同時(shí)系統(tǒng)留有RJ45網(wǎng)絡(luò)接口，為煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)留有擴(kuò)展空間。視頻監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖2所示。

圖2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.5 語音調(diào)度通訊系統(tǒng)

遵循先進(jìn)性、實(shí)用性、可擴(kuò)展性和可靠性原則，改造設(shè)計(jì)中為系統(tǒng)配置了一套數(shù)字式調(diào)度總機(jī)及廣播系統(tǒng)，在各皮帶沿線設(shè)立擴(kuò)音電話，同時(shí)可接入地面電話，以便于調(diào)度人員指揮生產(chǎn)。通過調(diào)度通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全礦的語音廣播。

3 結(jié)語

此改造設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)合理、自動(dòng)化程度高、使用方便、安裝操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)，能滿足帶式輸送機(jī)常規(guī)起動(dòng)、重載起動(dòng)、自動(dòng)張緊等多種復(fù)雜控制和綜合保護(hù)要求。除能實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制外，還具有網(wǎng)絡(luò)通信接口可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)輸料系統(tǒng)集中監(jiān)測(cè)及控制功能。