摘?要：本文以蒲縣蛤蟆溝煤業(yè)有限責(zé)任公司某礦為研究對(duì)象，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一套以西門(mén)子smart系列PLC為核心的皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)，對(duì)全礦皮帶機(jī)進(jìn)行集中控制，全面實(shí)現(xiàn)蛤蟆溝煤礦皮帶機(jī)智能控制，達(dá)到了降低事故率、提升生產(chǎn)效率、增加效益的目的。

關(guān)鍵詞：Smart?PLC；皮帶機(jī)；集中控制系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277

在生產(chǎn)領(lǐng)域，企業(yè)的生產(chǎn)效益和成本控制取決于生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的高效性、實(shí)時(shí)性、安全性。皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)作為煤礦的生產(chǎn)主力軍，其管理和調(diào)度也應(yīng)向著智能化、信息化、集中控制的方向發(fā)展，因此集控制、保護(hù)于一體的遠(yuǎn)程調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。目前許多現(xiàn)代化的礦井都已經(jīng)建成了此類(lèi)系統(tǒng)，并取得了豐碩的直接和間接效益。

本文以蒲縣蛤蟆溝煤業(yè)有限責(zé)任公司某礦為研究對(duì)象，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)以西門(mén)子smart系列PLC為核心的皮帶機(jī)集中控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制技術(shù)先進(jìn)、合理、性能穩(wěn)定可靠，擴(kuò)展靈活，能夠融合原有的集控系統(tǒng)，全面實(shí)現(xiàn)蛤蟆溝煤礦皮帶機(jī)集中智能控制。

1?皮帶機(jī)概述

蛤蟆溝煤礦皮帶機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)由地面4條皮帶機(jī)、井下5條皮帶機(jī)和1條主斜井皮帶機(jī)組成，具體如表1所示：

2?系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1?自動(dòng)控制系統(tǒng)

在每部皮帶機(jī)機(jī)頭安裝使用一臺(tái)控制箱，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下所有皮帶機(jī)的數(shù)據(jù)采集與集中控制。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制、檢修控制及手動(dòng)控制，具備就地及遠(yuǎn)程切換選擇，并可顯示系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備狀態(tài)及參數(shù)。皮帶機(jī)控制流程如圖1所示。

2.2?視頻監(jiān)視系統(tǒng)

地面設(shè)備主要由組態(tài)運(yùn)行上位軟件組成，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每條皮帶機(jī)機(jī)頭及刮板機(jī)安裝攝像頭，并通過(guò)光纖上傳到集控室，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視及回放各皮帶機(jī)視頻監(jiān)視點(diǎn)的情況。

3?系統(tǒng)方案

本控制系統(tǒng)設(shè)定了三種控制模式：集控自動(dòng)順序、集控手動(dòng)單機(jī)及就地單機(jī)控制。其中集控自動(dòng)順序控制為系統(tǒng)的首選默認(rèn)模式。工作時(shí)，可自由轉(zhuǎn)換三種模式，不會(huì)影響系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài)。

3.1?集控操作模式，可分為“手動(dòng)”及“自動(dòng)”兩種

（1）“手動(dòng)”模式：通過(guò)計(jì)算機(jī)，結(jié)合上位機(jī)界面，對(duì)單機(jī)設(shè)備進(jìn)行起?？刂啤８鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，可自行設(shè)定或取消設(shè)備之間的聯(lián)鎖保護(hù)關(guān)系。

（2）“自動(dòng)”模式：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，先選定工藝流程，再完成設(shè)備的自動(dòng)起、?？刂啤Ｗ詣?dòng)模式下，一般都具備聯(lián)鎖保護(hù)，若在短時(shí)間內(nèi)需要單獨(dú)停止某一設(shè)備的運(yùn)行，可自行取消聯(lián)鎖保護(hù)。［1］

3.2?現(xiàn)場(chǎng)單機(jī)操作

現(xiàn)場(chǎng)安裝一臺(tái)本安型操作臺(tái)，完成單機(jī)設(shè)備的啟動(dòng)、停止控制，用于現(xiàn)場(chǎng)單機(jī)調(diào)試、維護(hù)使用。

3.3?現(xiàn)場(chǎng)停止

停止控制設(shè)定為緊急停止，用于設(shè)備發(fā)生異常時(shí)，確保生產(chǎn)安全。即當(dāng)設(shè)備正在運(yùn)行中，按下停止按鈕，該設(shè)備立刻停止，待故障排查后，再恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。

3.4?流程選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需求，自行選定合適的生產(chǎn)工藝，也可及時(shí)進(jìn)行工藝流程變更。

3.5?啟動(dòng)功能

該功能僅在“自動(dòng)”控制方式實(shí)現(xiàn)，先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝流程選定順煤流或逆煤流方向，再按順序啟動(dòng)各設(shè)備，按順序啟動(dòng)延時(shí)時(shí)間可以提前設(shè)定好。啟動(dòng)時(shí)，若優(yōu)先啟動(dòng)的設(shè)備發(fā)生故障，則啟動(dòng)過(guò)程暫停，并發(fā)出報(bào)警。排除故障后，再由現(xiàn)場(chǎng)操作人員決定是否結(jié)束啟動(dòng)。

3.6?停止功能

該功能僅為組態(tài)功能，在“自動(dòng)”控制方式實(shí)現(xiàn)，包括三種模式。

常規(guī)模式：在周期工作完成后，停止流程。

故障模式：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生故障，在進(jìn)行檢測(cè)、保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，設(shè)備立即停止運(yùn)行，其后級(jí)設(shè)備經(jīng)延時(shí)（延時(shí)時(shí)間可自行設(shè)定），待帶式輸送機(jī)上的煤運(yùn)完以后，依次停止運(yùn)行，防止重載啟動(dòng)。

緊急模式：現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)意外或緊急情況時(shí)，按下組態(tài)畫(huà)面上的緊急停止按鈕，所有設(shè)備立即停止運(yùn)行。［2］

3.7?預(yù)告功能

該功能僅在“集控—自動(dòng)”控制方式實(shí)現(xiàn)，預(yù)告信號(hào)采用聲光報(bào)警裝置，并可持續(xù)10～30秒鐘（可調(diào)）。啟車(chē)信號(hào)發(fā)出前，在生產(chǎn)系統(tǒng)沿線發(fā)送信號(hào)，沿線人員聽(tīng)到后安全撤離，沿線設(shè)備方再按預(yù)設(shè)流程依次啟動(dòng)。

3.8?保護(hù)及故障報(bào)警功能

故障報(bào)警功能包括啟車(chē)、停車(chē)以及傳感器監(jiān)測(cè)點(diǎn)報(bào)警。報(bào)警信號(hào)顯示分為上位機(jī)界面及現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警，同時(shí)為避免故障范圍擴(kuò)大，系統(tǒng)還可以根據(jù)報(bào)警級(jí)別自動(dòng)做出對(duì)應(yīng)的停車(chē)處理，并及時(shí)保存、打印故障報(bào)表。

3.9?數(shù)據(jù)采集、處理及顯示功能

本系統(tǒng)采用PLC及PROFIBUS總線通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，包括設(shè)備啟停時(shí)間、故障狀態(tài)、工藝流程、運(yùn)行狀態(tài)及顯示參數(shù)。使用組態(tài)王軟件進(jìn)行觸摸屏界面設(shè)計(jì)，顯示畫(huà)面包括運(yùn)行系統(tǒng)監(jiān)控、皮帶各項(xiàng)參數(shù)（報(bào)警、極限值等）設(shè)置、集控順序設(shè)置、信號(hào)顯示、報(bào)表查詢(xún)等。

4?系統(tǒng)配置

4.1?地面集控室

地面集控室安裝集控軟件，用以實(shí)現(xiàn)地面計(jì)算機(jī)的人機(jī)交互界面平臺(tái)。

正常運(yùn)行工作時(shí)，操作員既可選擇預(yù)定義的皮帶機(jī)工藝流程自動(dòng)控制，也可選擇自定義流程的手動(dòng)控制，屏幕上會(huì)實(shí)時(shí)顯示選擇后的流程；發(fā)生異常情況時(shí)，操作員可及時(shí)對(duì)被控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

在機(jī)房安裝一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)，用于視頻存儲(chǔ)及回放，操作員可以通過(guò)操作員站實(shí)時(shí)監(jiān)視皮帶機(jī)運(yùn)行情況，同時(shí)也可以回放以前監(jiān)視畫(huà)面。

4.2?礦用隔爆兼本質(zhì)安全型PLC控制箱

礦用隔爆兼本質(zhì)安全型PLC控制箱是集控系統(tǒng)的控制核心，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)傳輸信息、控制設(shè)備、采集數(shù)據(jù)等功能，采用西門(mén)子PLC、A/D（D/A）轉(zhuǎn)換模塊、開(kāi)關(guān)電源、各類(lèi)繼電器等元器件。操作臺(tái)根據(jù)用戶(hù)的需求開(kāi)發(fā)出編制程序，最終將結(jié)果輸出到被控設(shè)備中。

4.3?皮帶機(jī)保護(hù)傳感器

控制柜中接入各類(lèi)傳感器，包括煙霧傳感器、溫度傳感器、速度傳感器、壓力傳感器、煤位傳感器、縱撕保護(hù)等。設(shè)備運(yùn)行中，若發(fā)生故障使傳感器被觸發(fā)，則上位機(jī)組態(tài)畫(huà)面會(huì)及時(shí)顯示并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

4.3.1?煙霧保護(hù)

設(shè)備運(yùn)行時(shí)若皮帶打滑，易發(fā)生摩擦著火，從而產(chǎn)生煙霧，觸發(fā)安裝在各驅(qū)動(dòng)部下風(fēng)向處的煙霧傳感器動(dòng)作，設(shè)備立即停車(chē)。

4.3.2?溫度保護(hù)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各皮帶滾筒、減速器軸承溫度，具有溫度曲線查詢(xún)和溫度報(bào)表查詢(xún)功能。

4.3.3?打滑保護(hù)

在實(shí)際運(yùn)行中，由于多種原因，當(dāng)皮帶的速度與主滾筒轉(zhuǎn)速產(chǎn)生差值，就會(huì)發(fā)生打滑現(xiàn)象。將檢測(cè)皮帶的實(shí)時(shí)速度及加速度的傳感器接入PLC，將實(shí)際反饋值與整定值進(jìn)行比較，判斷是否輸出打滑信號(hào)。

4.3.4?縱撕保護(hù)

當(dāng)皮帶機(jī)在卸煤過(guò)程中，有大塊的鋒利的尖狀矸石落下時(shí)，容易發(fā)生縱向撕裂，因此縱撕保護(hù)通常都安裝于輸煤系統(tǒng)的落煤處。本系統(tǒng)采用礦用本安型撕裂傳感器，當(dāng)檢測(cè)到撕裂時(shí)觸發(fā)動(dòng)作，皮帶機(jī)立即停車(chē)并發(fā)出報(bào)警。

4.3.5?堆煤保護(hù)

堆煤保護(hù)是指在輸煤過(guò)程中，當(dāng)較大煤塊堆積在皮帶機(jī)機(jī)頭時(shí)，皮帶機(jī)能夠自動(dòng)停機(jī)。煤位傳感器通常吊掛在皮帶機(jī)頭，當(dāng)煤的高度超出標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí)，傳感器動(dòng)作，皮帶機(jī)自動(dòng)停車(chē)并及時(shí)報(bào)警。

4.3.6?跑偏保護(hù)

皮帶跑偏是煤礦皮帶機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中較為常見(jiàn)的故障現(xiàn)象。將跑偏傳感器固定安裝在皮帶機(jī)前后兩端支架上，當(dāng)皮帶在運(yùn)行發(fā)生跑偏時(shí)，傳感器的滾輪偏轉(zhuǎn)到規(guī)定角度外時(shí)，觸發(fā)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)從而發(fā)出報(bào)警，并使皮帶機(jī)立即停車(chē)。

4.3.7?拉線急停保護(hù)

拉線急停開(kāi)關(guān)是煤礦帶式皮帶機(jī)沿線的緊急停止裝置，當(dāng)輸送帶出現(xiàn)跑偏、打滑、撕裂等情況時(shí)，工作人員能夠及時(shí)拉動(dòng)急停裝置的鋼絲繩，使皮帶機(jī)停止工作。［3］本系統(tǒng)采用礦用本安型智能拉線開(kāi)關(guān)，分別進(jìn)入PLC系統(tǒng)和控制回路，一旦拉線開(kāi)關(guān)發(fā)生動(dòng)作，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出報(bào)警并緊急停車(chē)。

4.3.8?張緊力保護(hù)

本系統(tǒng)采用礦用本安型張力傳感器，檢測(cè)輸送機(jī)皮帶張緊力，當(dāng)皮帶張緊程度超限時(shí)，將自動(dòng)開(kāi)啟張緊絞車(chē)進(jìn)行調(diào)整。

5?結(jié)論

該系統(tǒng)遵循的設(shè)計(jì)原則要求控制系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、合理、性能穩(wěn)定可靠，擴(kuò)展靈活，能夠融合原有的集控系統(tǒng)。蛤蟆溝煤礦通過(guò)應(yīng)用該系統(tǒng)，搭建了專(zhuān)用傳輸平臺(tái)、數(shù)據(jù)平臺(tái)和監(jiān)控平臺(tái)，大大提高了安全系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享、報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能，既保障職工人身安全，又減少由于礦井災(zāi)難所造成的損失。通過(guò)煤礦管控一體化，提高了煤礦的安全生產(chǎn)管理調(diào)度水平，從而全面實(shí)現(xiàn)了蛤蟆溝煤礦皮帶機(jī)集中智能控制。

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基金項(xiàng)目：安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院2021年度高?？茖W(xué)研究項(xiàng)目（XJKJ202104）

作者簡(jiǎn)介：張雅潔（1983—?），女，漢族，安徽合肥人，碩士，講師，研究方向：控制理論與控制工程。