煤礦井下皮帶自動化體系的研究

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隨著Internet技術的飛速發展，工業以太網已經成為成為煤礦領域事實上的工業標準，TCP/IP簡單實用，為廣大客戶所接受。以太網在技術、傳輸速度和使用成本等諸多方面都有著其它網絡無可比擬的優勢，隨著以太網性能的逐步提高和解決以太網實時性問題的手段不斷推出，將以太網應用于煤礦工業現場將是煤礦控制領域的必然選擇。目前，工業以太網在煤礦地面上已經有了廣泛應用，在以太網進軍工控領域的過程中，各大現場總線組織都予以高度重視，并紛紛出臺了自己的發展計劃。所以我們認為工業以太網是礦井多媒體綜合業務數字網絡系統的最佳選擇。

1核心設備選擇

現在用于工礦企業自動化控制的PLC產品主要有：西門子的S7-200和S7-300，三菱的FX系列和Q系列，施耐德的NEZA和TWIDO系列，GE的90Micro、OCS、VersaMax系列，松下的MICRO-EH和EH系列，光洋的SM、SH和DL系列，富士的FLEX-PC與MICREX系列，歐姆龍的CQM，CPM1與CPM2C與C200系列，羅克韋爾的MicroLogix系列，臺達的ES/EX和DVP系列，永宏的FBS系列等。對于井下膠帶機集控系統的PLC編程控制器主要有西門子、三菱、歐姆龍等。日本的三菱、歐姆龍系產品單一、點數少、網絡擴展較差，主要針對中小型設備現場控制，在民用占有份額較大。德國西門子公司生產的S7系列產品，以其產品眾多，運行速度高、功能強、工作穩定可靠，一直被廣大煤礦采用。井下控制及信號采集裝置由兩部分組成，KXJ660礦用隔爆兼本安型可編程控制器。該裝置控制核心部分采用高性能西門子300可編程控制器，其它主要元件均采用主流元器件。井下現場部分還包括就地電氣控制箱，線路敷設、安全監測裝置等相關設施。

2.控制系統主要功能與特點

采用網絡化控制系統改造后，井下主運系統除保留原有的就地自動控制功能外，還可實現井下主運系統的地面遠程自動控制。

2.1系統構成1）地面控制部分：上位機（冗余）、系統軟件、應用軟件、不間斷電源等、PLC柜一套。2）井下控制部分：隔爆兼本安自動控制裝置、相關保護傳感器、通信電纜。3）工業以太網：PLC以太網單元、工業環網。4）網絡接入：千兆冗余環網、OPCSever協議、光纜。

2.2系統軟件地面遠程監控系統平臺采用WindowsXPProfessionalSP2操作系統，監控軟件開發平臺采用組態軟件IFIX，可編程控制器的編程軟件采用西門子公司的STEP7V5.4編程軟件，計算機與可編程控制器之間的數據交換采用SIMATICNET+OPC模式。采用以上軟件開發出來的應用系統具有數據傳輸流暢、可靠、穩定，人機界面友好，操作簡單，便于系統程序員修改和維護的特點。

2.3主要功能1）冗余控制地面控制計算機（工作站）采用雙計算機實現熱冗余控制（即兩臺計算機同時工作，采集同一組數據），當其中一臺計算機出現故障時，另一臺計算機繼續工作，以防止現場設備數據丟失及控制失控。2）工況信息顯示由于系統中監控信息很多，為保證操作人員能完整的監控現場的信息，采用多屏幕顯示的方式，每臺監控計算機采用2臺顯示器進行監控信息顯示。畫面中能實時顯示各皮帶機、傳感器及所有信號狀況，并能方便地切換多個畫面；當井下傳感器數值超限、報警、保護時能給出語音、文字告警提示。①工況圖顯示工況圖動態可以顯示整個系統所有皮帶機運行的工況以及主要電機電壓、電流、煤倉煤位、皮帶打滑、跑偏、撕裂等有關參數信息。②信息圖顯示實時顯示皮帶機、振動篩開/停狀態和煤倉煤位高度。如皮帶機的開停狀態、檢修狀態以及運行速度、電機電壓、電流、電機運行時間等參數。每條皮帶單獨設置一幅信息畫面。③故障及保護顯示實時顯示各皮帶機的各種保護傳感器的工作狀態，當前存在的故障信息，故障傳感器的屏蔽狀態等。④歷史數據查詢包括電機電流、電機溫度、帶速、產量和瞬時流量等系統參數的歷史數據查詢；傳感器動作、保護工作以及故障解除記錄數據的查詢。3）數據匯總統計對系統運行參數數據進行綜合處理，形成統計報表并以曲線圖、柱狀圖等圖表形式顯示，可根據需要打印輸出。4）打印能實時或按時間段打印各皮帶機和保護傳感器的運行參數（如運電壓電流、跑偏、打滑、撕裂等）和運行狀態（例如皮帶機開停運行狀態、報警傳感器、報警時間等）。5）多模式控制方式為了滿足日常生產中的運行、檢修、故障處理等要求，設計了遠程集控、就地集控、單條皮帶自控（閉鎖及保護作用）、檢修方式控制（不聯鎖但自身保護作用）、點動方式控制五種控制模式。操作人員可根據需要采用不同方式控制各條皮帶機的啟動和停止。控制方式有兩種:①地面遠程集中控制操作人員在地面調度中心操作計算機控制井下各條皮帶機和給煤機的啟停以及故障解除等。并且可以實現開車前預警等。②就地控制當班電工進行日常檢修時可以就地點動開停皮帶、震動篩等，與原有設備操作方法一致。控制方式變換：當轉換開關打到遠程時，只能由地面調度中心控制現場設備，打到檢修狀態時才能就地控制。6）后部閉鎖功能具有同煤流方向相互閉鎖功能（網絡編程），實現逆煤流開，順煤流停。7）常規保護功能符合規程對膠帶機六大保護的要求。系統具有膠帶機低速打滑、機頭堆煤，滿倉，超溫灑水，煙霧，滾筒超溫，沿線急停和跑偏等多種保護。8）軟故障解除遠程計算機具有現場故障軟解除功能，對于使用中出現的各類虛假故障（傳感器故障引起），可視具體的現場情況予以屏蔽，保證系統的連續運行。9）語音預（報）警如果出現事故異常，地面主控室通過語音系統給出語音報警提示信號。也可以實現開車前預警提示。

3.結束語

煤礦井下皮帶自動化系統在煤礦的應用越來越廣泛，切實提高了礦井工作效率，實現了減員增效，提高了生產安全可靠性，便于調度室綜合調度指揮，實現了無人值守作業，對煤礦科技水平的提升具有重要意義。

作者：賀廣強楊清翔秦文光王海燕李衛強單位：徐州中礦大華洋通信設備有限公司中煤華晉能源有限責任公司王家嶺煤