本質安全型帶式輸送機集中控制系統在興源礦的應用

范懂理

（開灤（集團）蔚州礦業有限公司興源礦，河北 張家口075700）

0 引言

興源礦是本公司下屬的一個中型煤礦，其四采區主運輸系統由4部皮帶和1部給煤機組成，采用自動控制系統實施集中控制。該控制系統可實現帶式輸送機就地手動和自動、遠程手動和自動及無人值守等多種控制，真正實現人本安全、節約能源、減員增效的目的。

1 系統特性

1.1 人本安全

上位機采用高性能工業級控制計算機輔以主流組態軟件，實時監測和記錄帶式輸送機各類數據以及各個設備的運行狀態，對相應的報警信息采取相應預警機制。

雙向滾筒處安裝人員保護裝置，實時檢測人員活動，并將數據傳至上位機實時記錄、報警。保證雙滾筒處有人活動時，帶式輸送機不能啟動或及時停止。

在膠帶機機頭及落煤處安裝攝像機，實時監控現場畫面并上傳至井下主站和地面調度室。

皮帶沿線安裝通訊機。當皮帶出現故障時，可以通過通訊機與各分站和主站進行聯絡。

在膠帶機機頭、機尾安裝語言告警器，膠帶啟動故障時能通過聲光警告行人注意安全。

1.2 節約能源

自動啟動輸送機系統，按照逆煤流方向逐臺延時啟動（延時時間可隨時改動），停車時按照順煤流方向逐臺延時停車（延時時間可隨時改動），系統會自動記錄每條膠帶機啟動、停止時間；同時在最末部輸送機機尾安裝GL3－24型料流傳感器，當該傳感器檢測到皮帶無煤時，可實現自動停車，從而達到節能效果。

1.3 減員增效

通過對主運輸巷運輸設備控制系統進行改造，可實現集中控制。現每班4名皮帶司機，1名給煤機司機，3班共計20人（包括輪休人員），實現集中控制后，每班設2名機電維修工進行檢修，3班共計8人（包括輪休人員），這樣，可節省12人，年節約開支96萬元；同時減少設備空轉時間，節約電能，還可進一步提升礦井的自動化水平。

2 結構特點

興源礦井下帶式輸送機集中控制系統主要由地面調度室上位機、主站PLC防爆箱、主站控制臺、分站防爆箱、分站控制臺、通訊機、雙向滾筒人員保護裝置、視頻采集裝置及各種保護傳感器等組成。

本系統防爆箱以西門子PLC作為主控元件，防爆箱內部由PLC、接線端子、電源模塊、變壓器及各種模塊組成。控制臺由輸出模塊、驅動板、音響喇叭、電話板、喇叭、端子等組成。控制臺面板有皮帶機的啟停控制按鈕、啟車預警按鈕、工作方式轉換開關、系統緊急停車按鈕、故障復位按鈕和查詢按鈕。操作臺正面為模擬屏，詳細顯示皮帶的運行情況，同時也顯示所有皮帶上的各種保護傳感器的動作情況。擴展接口可方便地與其他設備集控，組成一套靈活的控制系統，從而完成整個運輸系統及生產系統的控制要求，并可與礦井監控系統組網。本系統控制臺監控、保護功能齊全，連接簡單，能準確識別故障性質及位置，組網能力強，有實現遠程診斷的能力。

3 系統功能

該系統通過光纖與地面調度室聯網成功后，在調度室設置了工業級上位監控計算機，配備了液晶顯示器作為監控終端，操作員可在調度室終端上監視控制運輸皮帶生產過程，完成對運輸皮帶生產及相關環節的遙測、遙信和遙控，實現礦井運輸皮帶生產系統的綜合自動化。

3.1 主站

主站控制臺和防爆箱均放置在皮帶機頭處，主站控制臺采用落地式結構箱體，控制方式分為集控、手動、檢修3種。控制面板由轉換開關進行控制，控制點直接進入PLC。當各分站都選擇集控狀態時，主站控制方式才起作用。

主站選擇集控，控制系統的4部皮帶包括各條皮帶間的閉鎖關系：啟動皮帶前要先按下“開車預警”鈕，在預警時間范圍內啟動設備有效。超過預警時間后自動報警，表示本次啟動失敗。在預警時間范圍內按下“系統啟動”鈕，系統按逆煤流依次啟動，前一條皮帶的運行反饋點是下一條皮帶啟動的條件。按下“系統停止”鈕，系統按順煤流依次停止。

主站選擇手動，控制操作順序與集控方式相同，只是啟動皮帶要按下主站面板上對應皮帶的啟停按鈕，前一條皮帶的運行反饋點是下一條皮帶啟動的條件。

主站選擇檢修，即控制任意一條皮帶的啟停，皮帶之間沒有閉鎖關系，適用于安裝調試或檢修狀態時使用。

在集控狀態下，任意一條皮帶出現故障，主站都會有對應的故障顯示和報警音響，在主站控制臺按下“音響解除”鈕，音響就會停止報警。當任意一條皮帶出現故障時，在主站顯示屏上會有相應的故障指示燈亮。當故障處理好后，按下“故障復位”鈕，在顯示屏上顯示的故障指示燈熄滅。若指示燈仍亮，表示故障沒有排除，需繼續處理。

3.2 分站

分站控制臺和防爆箱放在各皮帶機頭附近的硐室內，控制臺采用壁掛式結構的箱體。控制方式分為集中、就地、檢修3種。控制面板由轉換開關進行控制，控制點直接進入PLC。共設3個分站，每個分站控制1部皮帶。

分站控制面板安裝有控制本條皮帶設備的啟動鈕和停止鈕。檢修控制即控制本條皮帶的啟停，設備之間沒有閉鎖關系，適用于安裝調試或檢修狀態時使用。

就地控制為控制本條皮帶的啟停。系統正常啟動時，顯示屏上的數顯表會實時顯示皮帶當前的運行速度。在就地狀態下，當本條皮帶出現故障時，控制臺都會有對應的故障顯示和報警音響，在顯示屏上會有相應的故障指示燈亮。在控制臺按下“音響解除”鈕，音響就會停止報警。當故障處理好后，按下“故障復位”鈕，在顯示屏上顯示的故障指示燈熄滅。若指示燈仍亮，表示故障沒有維修好。

通訊機內裝有用于位置識別的模塊，當本條皮帶出現跑偏或拉線故障時，按下控制臺“查詢”鈕，本站的數顯表上能快速、準確地顯示出跑偏或拉線的故障點，方便現場人員維修。采用位置識別模塊還可節省電纜芯數，大大節約成本，提高工作效率。

3.3 傳感器

本系統各分站均有具打滑、堆煤、超溫、煙霧、灑水、速度、跑偏、拉線等故障保護功能的傳感器。當有故障時會有報警聲，同時在主站和分站控制臺上也會有各保護信號的漢字指示燈顯示。

4 系統先進性

（1）現場控制核心采用西門子公司的S7－300系列PLC作為主控元件。該系列PLC具有防潮、抗干擾能力強，現場易編程、易擴展，性能穩定、基本免維護，能實現軟件控制化、自動檢測系統故障等功能。

（2）現場各種傳感器中集成CAN－485采集模塊，使系統能實時檢測傳感器的工作狀態，并在出現故障時準確定位故障位置，可有效減短故障處理時間。

（3）監控人員通過視頻監控系統可直接實時監控井下情況，不僅能直觀監視和記錄井下工作現場的安全生產情況，而且能及時發現事故苗頭，防患于未然，也能為事后分析事故提供第一手圖像資料。

（4）主站控制臺將系統預警和故障報警的聲音信號耦合到有線通訊系統內，整個系統可以及時了解設備的啟停情況和運行狀態。

（5）雙向滾筒人員保護裝置及各種保護傳感器的應用真正實現人本安全。

（6）當由于皮帶機械結構調整不合適造成皮帶輕微跑偏而又不能及時處理時，可以對出現跑偏位置的傳感器進行臨時屏蔽，以保證生產正常進行。屏蔽的故障傳感器以閃爍的紅字（現在皮帶是帶故障運行）提醒操作人員應及時維修，并把故障發生時間和屏蔽時間記入數據庫備查。

5 結語

該本質安全系統的安裝應用可以保證帶式輸送機在各種安全保護裝置的保護下運行，實現集中控制，有效節約能源，降低事故率，提高生產效率，減短故障處理時間，減少現場操作人員，延長設備使用壽命，提高經濟效益。該系統的成功運行對本公司中小型礦井起到了示范作用，具有重要的推廣應用意義。