1 前言
煤礦膠帶機(jī)集控系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠與否直接影響礦井的經(jīng)濟(jì)效益。為提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，實(shí)施集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的綜合保護(hù)和集中監(jiān)控，是十分必要的。
唐山開(kāi)誠(chéng)電器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的智能皮帶機(jī)集中控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是應(yīng)用于礦山皮帶運(yùn)輸自動(dòng)化的高科技產(chǎn)品，本系統(tǒng)是以《煤礦安全規(guī)程》為依據(jù)，總結(jié)礦山運(yùn)輸過(guò)程中所出現(xiàn)的事故，本著安全性高、實(shí)用性強(qiáng)、具有先進(jìn)性的特點(diǎn)而研制開(kāi)發(fā)的新一代綜合控制系統(tǒng)。
集控系統(tǒng)與調(diào)度電話系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)一起，構(gòu)成一個(gè)完整的操作、調(diào)度、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的遙測(cè)、遙信、遙控。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率、降低事故率，減少故障處理時(shí)間、減少現(xiàn)場(chǎng)操作人員、提高經(jīng)濟(jì)效益。
2 集控系統(tǒng)的描述
目前，PLC始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。其主要原因，在于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。
在全球工業(yè)計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域，圍繞開(kāi)放式過(guò)程控制系統(tǒng)、開(kāi)放式過(guò)程控制軟件、開(kāi)放式數(shù)據(jù)通信協(xié)議，已經(jīng)發(fā)生巨大變革。隨著PLC(SoftPLC)控制組態(tài)軟件技術(shù)的誕生與進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有SoftPLC組態(tài)軟件和基于工業(yè)PC過(guò)程控制系統(tǒng)正在逐步得到發(fā)展。對(duì)于控制軟件來(lái)講，是PLC控制器的核心，向工業(yè)用戶提供開(kāi)放式的編程組態(tài)工具軟件。此外，開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了突破，其結(jié)果是將PLC融入更加開(kāi)放的工業(yè)自動(dòng)化控制。
本系統(tǒng)采用全分布式控制結(jié)構(gòu)。由井下控制站和綜合操作臺(tái)構(gòu)成。綜合操作中心位于地面中央控制室。系統(tǒng)采用日本菱電公司的 AnS和FX系列PLC，控制主站與控制分站之間采用菱電開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)CC-Link,控制分站與傳感器之間采用距陣結(jié)構(gòu)聯(lián)接，控制主站與綜合操作臺(tái)的監(jiān)控上位機(jī)之間通過(guò)CC-Link總線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接?？刂品终矩?fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制，通過(guò)監(jiān)控，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和集中控制。
本系統(tǒng)是以菱電AnS和FX系列PLC作為主控元件，具有防潮、抗干擾能力強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)易編程、易擴(kuò)展，基本免維護(hù)，并能夠?qū)崿F(xiàn)軟件控制化，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)故障等功能。系統(tǒng)采用多臺(tái)PLC組成數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到不同的規(guī)模控制。完成一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)多條皮帶全過(guò)程的監(jiān)控、監(jiān)測(cè)、連同地面指揮管理中心站，構(gòu)成一個(gè)完善的監(jiān)控系統(tǒng)。
3 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
考慮到煤礦的現(xiàn)場(chǎng)情況和控制距離,在地面控制中心設(shè)置控制主站,采用三菱的大中型PLC-AnS系列,網(wǎng)絡(luò)選用開(kāi)放的CC-Link總線,在控制距離大于1200米的兩個(gè)控制站間要加中繼器,在皮帶機(jī)頭設(shè)置控制設(shè)備分站?？刂圃O(shè)備分站負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)采集與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制。
系統(tǒng)為實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具備有完善的生產(chǎn)監(jiān)控管理功能，對(duì)皮帶運(yùn)輸主要環(huán)節(jié)及相關(guān)的輔助環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、顯示、記錄打印，對(duì)井下運(yùn)輸皮帶系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，同時(shí)配合工業(yè)電視系統(tǒng)進(jìn)行安全圖像監(jiān)視，以確保人員及設(shè)備的安全。
監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)實(shí)施后，操作員可在中控室終端上監(jiān)視控制運(yùn)輸皮帶生產(chǎn)過(guò)程，完成對(duì)運(yùn)輸皮帶生產(chǎn)及相關(guān)環(huán)節(jié)的“遙測(cè)、遙信和遙控”，實(shí)現(xiàn)礦井運(yùn)輸皮帶生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化。
(1) 實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)。各監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)工況參數(shù)，可以采用圖形、報(bào)表的形式顯示系統(tǒng)的實(shí)時(shí)工況及目前產(chǎn)量、倉(cāng)儲(chǔ)等。
(2) 實(shí)時(shí)過(guò)程控制。分析采集的參數(shù)，各系統(tǒng)自動(dòng)完成過(guò)程控制，或由操作員操作控制。
(3) 歷史數(shù)據(jù)查詢。以上生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均可存貯于生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，可實(shí)現(xiàn)歷史回顯、歷史趨勢(shì)分析，及直方圖、餅圖等進(jìn)行綜合分析。
(4) 設(shè)備故障及模擬量超限報(bào)警。當(dāng)設(shè)備故障或模擬量超限時(shí)，生產(chǎn)監(jiān)測(cè)及管理網(wǎng)絡(luò)同步顯示故障設(shè)備名稱，并可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警、實(shí)時(shí)打印故障功能。服務(wù)器將該故障信息存入故障信息數(shù)據(jù)庫(kù)，供以后統(tǒng)計(jì)分析。
(5) 優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃。在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中建立了綜合歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，定時(shí)將生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)等數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，制作計(jì)劃、生產(chǎn)完成情況的趨勢(shì)分析圖表，為今后的生產(chǎn)計(jì)劃提供參考；根據(jù)外運(yùn)下達(dá)計(jì)劃和設(shè)備實(shí)際狀態(tài)、倉(cāng)儲(chǔ)煤量，合理安排生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)備維修計(jì)劃，以最大限度地減少對(duì)生產(chǎn)的影響。
4 操作員工作站
根據(jù)監(jiān)控子系統(tǒng)功能，在監(jiān)控中心設(shè)置工作站,運(yùn)輸系統(tǒng)監(jiān)控工作站它們的功能有：
(1) 根據(jù)操作人員不同，設(shè)定不同的使用權(quán)限，各司其職；
(2) 提供交互式全中文界面的操作平臺(tái)，各子系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)直觀動(dòng)態(tài)顯示；
(3) 根據(jù)工藝流程及聯(lián)鎖關(guān)系實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的自動(dòng)/手動(dòng)/就地控制；
(4) 實(shí)時(shí)設(shè)定各種運(yùn)行、生產(chǎn)工藝參數(shù)；
(5) 實(shí)時(shí)監(jiān)視各子系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)，同時(shí)將各參數(shù)數(shù)據(jù)貯存在硬盤上，將必要的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器；
(6) 實(shí)時(shí)監(jiān)視各子系統(tǒng)傳感器的當(dāng)前狀態(tài)及參數(shù)；
(7) 對(duì)各個(gè)設(shè)備及必要傳感器的故障狀態(tài)實(shí)時(shí)報(bào)警，報(bào)警方式為聲光報(bào)警。并且打印實(shí)時(shí)報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警數(shù)據(jù)貯存入數(shù)據(jù)服務(wù)器，便于統(tǒng)一管理，以便對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行事故分析；
(8) 隨時(shí)查詢、打印實(shí)時(shí)趨勢(shì)以及任意時(shí)間段的歷史趨勢(shì)；
(9) 隨時(shí)查詢、打印任意時(shí)段歷史數(shù)據(jù)報(bào)表。
5 工程師站
工程師站除具有操作員工作站的一切功能外，還具有如下功能。
根據(jù)工藝的調(diào)整在線修改控制器程序，以適應(yīng)新工藝的需要；
將監(jiān)控系統(tǒng)中有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)入全礦的信息管理系統(tǒng)中；
設(shè)置彩色打印機(jī)，打印實(shí)時(shí)的彩色畫面及彩色的趨勢(shì)圖；
當(dāng)某個(gè)子系統(tǒng)的操作員工作站發(fā)生故障時(shí)，可以馬上通過(guò)設(shè)定操作人員權(quán)限，將工程師站轉(zhuǎn)換成為該子系統(tǒng)的操作員工作站。
6 皮帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)
本系統(tǒng)由運(yùn)輸皮帶機(jī)、給煤機(jī)等基本設(shè)備組成，利用控制設(shè)備、通訊模塊、打滑、堆料、超溫、煙霧、縱撕、滅塵、速度、跑偏、煤位等保護(hù),達(dá)到皮帶機(jī)集中控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求。
系統(tǒng)采用多臺(tái)PLC組成數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到不同的規(guī)?？刂?。完成系統(tǒng)內(nèi)皮帶，給煤機(jī)的全工作過(guò)程的監(jiān)控、監(jiān)測(cè)、連同地面中控室，構(gòu)成一個(gè)完善的監(jiān)控系統(tǒng)。
(1) 實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)集中監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，并顯示數(shù)據(jù)曲線，對(duì)重要信息在硬盤記錄；
(2) 控制方式分集控自動(dòng)/集控手動(dòng)/就地，三種方式可轉(zhuǎn)換。正常生產(chǎn)時(shí)，使用集控自動(dòng)方式，設(shè)備按工藝要求的順序和流程由中央控制臺(tái)自動(dòng)啟停；集控手動(dòng)時(shí)，可在中央控制臺(tái)操作各設(shè)備，無(wú)閉鎖和聯(lián)動(dòng)關(guān)系；就地時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)操作；
(3) 啟動(dòng)設(shè)備前由集控臺(tái)發(fā)預(yù)告信號(hào)，預(yù)告30秒后，若現(xiàn)場(chǎng)均滿足集控自動(dòng)啟動(dòng)條件，設(shè)備按順序自動(dòng)啟動(dòng)。現(xiàn)場(chǎng)可用停車鈕停止啟動(dòng)過(guò)程；
(4) 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)箱設(shè)起/停車按鈕，現(xiàn)場(chǎng)可隨時(shí)停車。若設(shè)備由集控啟動(dòng)，控制系統(tǒng)接到現(xiàn)場(chǎng)停車停號(hào)后，可作急停處理，實(shí)施故障停車操作；
(5) 按“技術(shù)規(guī)定”膠帶運(yùn)輸機(jī)裝設(shè)拉線開(kāi)關(guān)、跑偏保護(hù)、低速保護(hù)等，這些信號(hào)均接入集控系統(tǒng)，參加設(shè)備的緊急停車和閉鎖停車；
(6) 對(duì)設(shè)備故障和工藝參數(shù)的異常實(shí)時(shí)報(bào)警，并進(jìn)行聲光提示。一般故障只報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)非正常停車或嚴(yán)重故障時(shí)，故障設(shè)備及其上游設(shè)備緊急停車，下游設(shè)備順煤流延時(shí)閉鎖停車。
6.1 系統(tǒng)的主要功能
1. 每臺(tái)設(shè)備機(jī)頭旁均設(shè)有就地操作控制箱，上有工作方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及就地起停鈕；
2. 所有膠帶機(jī)上的給煤點(diǎn)均設(shè)置堆煤保護(hù)和縱向撕裂保護(hù)，以防止膠帶機(jī)事故的擴(kuò)大化；
3. 所有膠帶機(jī)均設(shè)有兩極跑偏開(kāi)關(guān)，每隔約50米設(shè)置一對(duì)跑偏開(kāi)關(guān)，一級(jí)跑偏用于故障報(bào)警，二級(jí)跑偏用于故障停車；
4. 所有膠帶運(yùn)輸機(jī)，均設(shè)拉線開(kāi)關(guān)，用于緊急情況下的停車，急停拉線開(kāi)關(guān)的安裝間距均確定按50米進(jìn)行配置，并可擴(kuò)展下皮帶的跑偏保護(hù)，以保證設(shè)備和人身安全；
5. 擴(kuò)音電話采用新型的選撥電話系統(tǒng)，安裝間距確定按200米進(jìn)行配置；
6. 水平膠帶機(jī)的拉緊裝置為液壓調(diào)節(jié)方式，開(kāi)誠(chéng)提供一套膠帶機(jī)的松帶檢測(cè)傳感器，由PLC控制完成膠帶機(jī)的張力自動(dòng)調(diào)節(jié)功能；
7. 在皮帶機(jī)頭設(shè)置堆煤傳感器，防止皮帶的堆煤事故的發(fā)生；
8. 在皮帶機(jī)設(shè)置皮帶速度傳感器，以檢測(cè)皮帶的超速及打滑事故的發(fā)生；
9. 在皮帶巷道設(shè)置煙霧傳感器，以檢測(cè)皮帶巷道的煙霧濃度防止火災(zāi)事故的發(fā)生；
10. 在皮帶機(jī)的主滾筒設(shè)置溫度傳感器，隨時(shí)檢測(cè)滾筒的溫度，并配備自動(dòng)撒水裝置，在滾筒超溫時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撒水并對(duì)主滾筒進(jìn)行降溫；
11. 膠帶運(yùn)輸機(jī)每隔約100米設(shè)起動(dòng)預(yù)警裝置，設(shè)備啟動(dòng)前發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提示有關(guān)人員應(yīng)立即遠(yuǎn)離設(shè)備；
12. 電機(jī)的電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能可發(fā)現(xiàn)一些機(jī)械設(shè)備的潛在故障隱患；運(yùn)行中對(duì)電機(jī)的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，當(dāng)發(fā)生電流超限或突變時(shí)報(bào)警，嚴(yán)重時(shí)停機(jī)。
13. 實(shí)現(xiàn)對(duì)給煤機(jī)與皮帶的閉鎖，實(shí)現(xiàn)與以前皮帶的閉鎖功能，具有自動(dòng)、手動(dòng)、檢修等控制方式；
14. 在軟件與硬件上開(kāi)發(fā)了先進(jìn)的矩陣控制功能，節(jié)省主電纜的開(kāi)支；
15. 自控系統(tǒng)在性能上具有良好的抗?jié)駸嵝?、抗干擾性，在結(jié)構(gòu)上滿足在井下條件能夠迅速檢修或更換元器件，根據(jù)煤礦井下的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，控制箱采用不銹鋼結(jié)構(gòu)，其他采用防腐措施；
16. 可根據(jù)膠帶機(jī)系統(tǒng)的故障性質(zhì)，進(jìn)行緊急停機(jī)、順序停機(jī)或發(fā)出報(bào)警聲光信號(hào)；
17. 在集中操作臺(tái)上能集中顯示膠帶機(jī)的工作狀態(tài)、故障類型、故障地點(diǎn)；
18. 隔爆軟啟動(dòng)器或隔爆變頻器納入監(jiān)控；
19. 多種操作方式?？刂品绞接校杭新?lián)動(dòng)、集中手動(dòng)、就地聯(lián)動(dòng)、就地手動(dòng)、禁起等方式，使系統(tǒng)操作靈活、可靠。在集中方式，所有設(shè)備由集控室操作員通過(guò)上位機(jī)操作；
20. 多種流程選擇。在聯(lián)動(dòng)方式下，可根據(jù)工藝選擇運(yùn)輸流程， 膠帶啟動(dòng)按順煤流方向，并根據(jù)膠帶速度、長(zhǎng)度延時(shí)開(kāi)車，以減少運(yùn)行時(shí)間；重載啟動(dòng)時(shí)，按逆煤流方向啟動(dòng)；系統(tǒng)停止或無(wú)煤時(shí)延時(shí)自動(dòng)停車；
21. 完善的信息處理功能，報(bào)警信息、運(yùn)行參數(shù)、操作記錄等信息自動(dòng)形成標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)庫(kù)文件，并在硬盤長(zhǎng)期保存，供信息系統(tǒng)調(diào)用；
22. 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集中監(jiān)控，生產(chǎn)數(shù)據(jù)微機(jī)化管理
1) 界面直觀友好，操作簡(jiǎn)便，功能齊全。有形象逼真的動(dòng)態(tài)畫面和全中文顯示，還具有實(shí)時(shí)報(bào)警監(jiān)視、安全確認(rèn)機(jī)制和數(shù)據(jù)記錄功能。對(duì)操作員素質(zhì)無(wú)特殊要求，培訓(xùn)簡(jiǎn)單；
2) 對(duì)報(bào)警信息和重要運(yùn)行參數(shù)在硬盤記錄，數(shù)據(jù)表格和曲線可隨時(shí)調(diào)出；
3) 生產(chǎn)數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)硬盤，可由管理信息系統(tǒng)按需調(diào)用。
6.2 可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享
計(jì)算機(jī)管理工作站設(shè)信息管理系統(tǒng)，決策者通過(guò)管理工作站可根據(jù)各自權(quán)限遠(yuǎn)程訪問(wèn)監(jiān)控上位機(jī)，得到現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表、設(shè)備管理信息和生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)分析。
6.3 具有故障自診斷功能
1. 網(wǎng)絡(luò)故障自診斷。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)由于發(fā)生斷線、干擾等傳輸問(wèn)題時(shí)， 網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)偵測(cè)到，并發(fā)出報(bào)警；
2. PLC故障自診斷。PLC的掃描器和適配器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的通訊情況判斷故障，并發(fā)出報(bào)警；PLC的I/O模塊發(fā)生故障時(shí)，CPU會(huì)通過(guò)I/O模塊的狀態(tài)位偵測(cè)到故障及故障內(nèi)容，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警；
3. 傳感器和信號(hào)線故障診斷。模擬量的傳感器或信號(hào)線發(fā)生斷線故障時(shí)，PLC通過(guò)測(cè)量值判斷故障并發(fā)出報(bào)警。
6.4 維護(hù)方便
1. I/O模塊采用可拆卸端子排，出現(xiàn)故障時(shí)，集控室發(fā)出聲光報(bào)警，可在幾分鐘之內(nèi)即可更換完畢；
2. 系統(tǒng)擴(kuò)展方便，增加新設(shè)備或上后期工程，可以方便地加入節(jié)點(diǎn)，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在線修改程序；
3. 系統(tǒng)具有自診斷功能，能及時(shí)報(bào)告故障時(shí)間、位置、類型等信息，更便于維護(hù)。
6.5 集控系統(tǒng)的特點(diǎn)
本集控系統(tǒng)具有以下幾方面特點(diǎn)：
1. 選用先進(jìn)的控制器，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性好，可靠性高，數(shù)據(jù)處理速度快；
2. 采用全分布式控制結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具有較高的安全性。當(dāng)?shù)孛娌糠殖霈F(xiàn)控制故障時(shí)，井下部分仍可實(shí)現(xiàn)集控運(yùn)行；
3. 通訊網(wǎng)絡(luò)速度快，距離遠(yuǎn)，可靠性高；
4. 界面直觀友好，操作簡(jiǎn)便，功能齊全。人機(jī)界面不僅具有形象逼真的動(dòng)態(tài)畫面和全中文顯示，還具有實(shí)時(shí)報(bào)警監(jiān)視、安全確認(rèn)機(jī)制和數(shù)據(jù)記錄功能；
5. 減少布線成本，由于采用遠(yuǎn)距離通訊網(wǎng)絡(luò)，使布線更加方便，并大大減少電纜用量；
6. 維護(hù)方便，運(yùn)行費(fèi)用低。系統(tǒng)擴(kuò)展方便，可隨時(shí)增加節(jié)點(diǎn)，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)由中控室在線修 改程序?？刂破骱途W(wǎng)絡(luò)可靠性高，維護(hù)工作量??；
7. 總結(jié)各礦膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，特別采取了增加設(shè)備可靠性的措施，如選用先進(jìn)可靠的控制器和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。
