煤礦皮帶運輸集控系統的設計

趙占區

摘 要 目前，國內各大煤礦基本實現了機械化生產，為確保相關設備的安全、穩定、可靠運行，應結合具體的生產工藝，設計控制系統?；诖它c，本文首先對煤礦皮帶運輸集控系統的需求進行簡要分析，在此基礎上對煤礦皮帶運輸集控系統的設計要點進行論述。期望通過本文的研究能夠對煤礦生產能效的提升有所幫助。

【關鍵詞】煤礦皮帶 運輸集控系統 設計

1 煤礦皮帶運輸集控系統的需求分析

煤礦生產過程中，皮帶運輸是不可或缺的重要組成部分之一，為確保煤礦高產高效目標的實現，應對皮帶運輸全過程進行集中控制，這一目標可通過皮帶運輸集控系統來完成。在對皮帶運輸集控系統進行設計時，應當滿足如下需求：

（1）系統應當能夠實現對皮帶運輸全過程的監測與控制，并完成對相關設備的操作及調度；

（2）應當保留皮帶運輸系統中所有設備的就地操作功能，以此作為事故的預防措施；

（3）設計出來的集控系統應當達到工業自動化控制的基本要求，可實現無人值守的目標；

（4）系統應當能夠對生產工序的安全參數進行實時監控；

（5）系統能夠實現皮帶運輸設備的穩定、勻速運行。

基于上述需求，下面本文重點對皮帶運輸集控系統的設計要點進行論述。

2 煤礦皮帶運輸集控系統的設計要點

2.1 總體設計思路

在對煤礦皮帶運輸集控系統進行設計時，可將皮帶機頭操作室設為集中控制室，并在其內安放監控機、交換機等設備，用光纖以太網與地面調度中心進行網絡連接，監控主機則利用以太網與現場的PLC進行連接，實現通信。同時，可在集中控制室內安裝PLC控制主站和1#控制分站，對皮帶等設備進行控制。由于電纜的長度增加會導致傳輸信號衰減，故此，可在皮帶煤倉頂設置2#控制分站，以此來對煤倉皮帶進行控制，并對倉位進行監控；可在井下皮帶機尾處設置PLC分站，借此來對給煤機和皮帶機尾段進行控制，并在皮帶沿線上設置相應的保護裝置，對皮帶運輸過程進行實時監控。

2.2 設計要點

由于煤礦運輸區的現場環境較為惡劣，在充分考慮礦用設備安全性的前提下，通過經濟技術性比選后，決定選用西門子公司研發的S7300系列PLC作為集控系統的控制處理器，基于主分站的模式，借助工業以太網實現數據互傳。下面對該集控系統關鍵部分的設計要點進行論述。

2.2.1 控制主站的設計

控制主站是整個集控系統的核心，本系統設計中，選用的是S7-300系列PLC，它采用的是當前較為流行的模塊化設計，具體由以下幾個模塊組成：CPU、電源、通訊及可擴展模塊等等。按實際需求，在控制站內安裝了CPU和電源兩大模塊。

2.2.2 控制分站設計

由于皮帶機在地面和井下均有布設，基于這一特點，在系統設計中，分別在地面和井下設置了控制分站。

（1）地面分站。為便于維修，并考慮煤礦連續生產的需要，結合供電分布，對控制分站設備進行了分區域設置。在集中控制室和煤倉頂各設置了一臺PLC分站，皮帶運輸集控系統借助安裝在現場的傳感器設備完成相關信號的采集，主要包括以下幾類信號：DI、DO及AI。鑒于此，在地面控制分站的設計中，可通過PLC上自帶的接口模塊及接線端子實現傳感器與CPU之間的信號互傳。同時，主站PLC的CPU自帶兩個以太網接口，一個可與監控上位機進行連接，與組態軟件實現通訊，另一個接口可實現與分站接口模塊之間的以太網通信。

（2）井下分站。本文所設計的集控系統主要是為了對煤礦皮帶運輸全過程進行控制，系統的基本控制思路是地面為主、井下為輔，鑒于此，井下控制分站主要是對給煤機和井下皮帶機進行監測控制，其設計方法與地面分站的PLC設計方法基本相同，只是安裝位置不同，故此不進行重復敘述。

2.2.3 傳感器布設

本文所設計的集控系統中，傳感器的主要作用是對皮帶輸送機的運行情況進行檢測，并將檢測的相關數據發送給控制站的PLC。在對傳感器進行具體布設時，應當結合煤礦井下皮帶的實際情況，從而確保傳感器布設的合理性?？稍谌牒Y皮帶、上倉皮帶機頭等位置處分別設置速度傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器等，同時可在井下皮帶機頭段安裝一個撕裂傳感器，并沿著皮帶走向，每間隔100m的距離安裝1個急停閉鎖開關。在對傳感器進行設置時，一方面要確保所選的傳感器符合礦用要求，另一方面還要保證傳感器的性能，從而使其作用能夠得以最大限度地發揮。在本系統設計中，重點對作業危險性較高、環境極度惡劣、運輸距離較長的皮帶進行故障識別，當傳感器發出報警信號后，可在較短的時間內獲悉皮帶的故障情況，由此可為維修人員的快速處理提供可靠依據。

2.2.4 設置環網

在本系統中，PLC主站與分站之間的通信是基于工業以太網來實現的，由于皮帶運輸的距離較長，從而使得各個控制設備間的距離相對較遠，為確保通信的可靠性和穩定性，可在具體設計時，在每個設備內配置一個小型的光電交換機，利用光電信號的轉換，相關設備由光纖進行連接，以兩兩相連的方式組成一個帶有冗余的環網結構，由此，當集控系統中的某個設備發生故障或是因意外情況導致供電中斷時，其它設備之間仍可保持正常通信，不會對系統的運行造成影響。集控系統借助主站內的網絡交換機與井下信息化平臺的網絡交換機進行連接，并將監測到的數據傳送給地面調度中心，以此來實現主站PLC與監控計算機的實時通信。

3 結論

綜上所述，本文在簡要分析煤礦皮帶運輸集控系統的需求的基礎上，對系統的設計要點進行了論述。該系統設計完成后，在某煤礦中進行應用，自系統投入運行后，煤礦皮帶運輸的穩定性較之以往獲得大幅度提升，各種故障也隨之減少，突發性故障問題的恢復時間顯著縮短。由此可見，該集控系統的作用非常突出，具有一定的推廣使用價值。

參考文獻

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作者單位

開灤（集團）蔚州礦業有限責任公司單侯礦 河北省張家口市 075700