帶式輸送機自動化控制系統的設計和應用

張志強

（山西霍爾辛赫煤業有限責任公司，山西 長治 046600）

1 工程概況

2 自動化集中控制系統設計

帶式輸送機自動化集中控制采用德國貝克公司的MingMaster作為主控制核心。該控制器直接接入到井下工業環網內，通過光纖進行信息的傳遞，從而實現在井下集中控制的條件。MingMaster內置2條Promos總線和1條系統Modbus總線，Promos總線聯接井下輸送機的傳感器和開關設備，Modbus總線用于監控系統及配套裝置。

2.1 主控制器的網絡布置

霍爾辛赫煤礦井下主動煤帶式輸送機主控制器網絡布置情況如圖1所示，井下的網絡系統采用的是環形冗余結構，通過光纖連接到最近的網絡交換機，再通過鋪設的光纜將信號傳遞到地面核心交換機，從而進入到中央集控室和可視化系統中。該設計方案有效地保障了通訊的安全性和可靠性。具體網絡布置如圖1所示。

圖1 井下主動煤帶式輸送機主控制器網絡布置

2.2 Promos總線系統

Promos總線系統包括了安全回路、語音對講和數據通信三大功能。

2.2.1 安全回路

該系統采用的是一種新型的安全回路形式，是一種帶獨立微控制器的本安電路，與上述的安全回路在電路上的區別是在12V的控制電壓上疊加了一個5～15Hz的頻率信號，實現了在帶式輸送機很長時依然能夠用12V的本安控制電壓準確地接收到沿線任意一個急停開關的關斷和接通信號。新型安全回路、語音通信線、Promos數據線進行統一封裝在電纜內，便于安裝和維護，提高工作效率。

2.2.2 語音對講

帶式輸送機系統中，100m的間距布置1個語音對講設備，方便語音聯系。對講設備中的信號通過Promos總線系統接入到主控制器中，可以達到控制系統內的任一地方，因此可以在集控中心實現語音廣播功能。

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語音對講系統還支持SIPserver技術，通過一臺SIPserver服務器，還能實現在地面任意位置不通過語音設備而是采用普通程控電話機和井下所有的語音設備進行實時對講和廣播，這就給生產調度指揮提供了新的方式和便利。

新型語音對講系統能實現下列新功能：

（1）在地面集控中心用語音設備直接對井下帶式輸送機沿線的語音設備實現實時對講和語音廣播。

（2）在地面任意位置使用數字電話機直接撥打井下帶式輸送機沿線的語音設備實現實時對講。

（3）在井下帶式輸送機沿線使用語音設備直接撥打地面任意位置數字電話機實現實時對講。

2.2.3 Promos通信

對于Promos協議的智能設備的相關參數，帶式輸送機主控制器都能夠直接進行讀取，在MingMaster控制器與帶式輸送機的開關設備間布置1根Promos數據線，就可以完成對開開設備的全面控制。該措施還可以掛接傳感器，減少控制系統的故障點，有效完成控制效果。通過Promos總線，帶式輸送機主控制器就能對所有傳感器和支持Promos協議的智能開關設備進行監控。

2.3 Modbus通信

Modbus通信協議當前被廣泛應用于工業控制系統當中，成為了一種通用的行業標準。對于該帶式輸送機輔助設備當中，不支持Promos總線協議均可采用Modbus通信協議來解決。Modbus串行鏈路協議只有1個主站，可以有1～247個從站，從主站發起，從站在沒有收到主站的請求時，不能進行數據的傳輸或相互通信。該通信協議可采用RS-485或RS-232電氣接口，從而實現長遠距離的通信。該煤礦帶式輸送機控制系統中CST減速器、張緊絞車、制動器均采用Modbus通信。

2.3.1 CST減速器

該帶式輸送機選用CST 90°精密減速器，可實現帶式輸送機的可控軟啟動、停車。該減速器具有高剛性、高扭矩、低背隙、低噪音。Modbus通訊可以對CST減速器的相應狀態進行實時的采集，包括啟動、停止、預壓、緩沖、加速、減速、故障，從而實現對減速器和帶式輸送機的控制。

2.3.2 張緊絞車

YZLA-200液壓張緊絞車：啟動階段能滿足運輸機的動態防滑，等速階段降低張緊力同時還可以實現監控功能。煤礦井下長距離阻燃整芯膠帶的伸長率是常規皮帶的10倍，簡單的絞車或重錘張緊等張緊裝置受其張緊距離和張緊力的限制而難以適應500m以上皮帶的啟動、運行和制動要求。帶式輸送機主控制器通過Modbus通訊能對YZLA-200液壓張緊絞車的工作信息進行采集并通過軟件顯示，工作人員能清晰的掌握絞車的工作情況。

2.3.3 TP1-98SM 盤型制動器

TP1-98SM 盤型制動器是一種新型高性能制動器，具有慣量小、動作快、可調性能好、可靠性高、能用性高等優點。該控制器與西門子S7-200PLC通過Modbus通訊實現控制與監視。Modbus總線系統示意圖如圖2所示。

圖2 主運煤帶式輸送機Modbus總線系統示意圖

3 自動化集中控制系統功能分析

3.1 控制方式

該自動化集中控制系統設置了自動方式、單機閉鎖開車方式、單機解鎖開車方式，各工作方式能實現無干擾的切換控制。

（1）自動方式。在該控制方式下，通過用煤倉的料位控制帶式輸送機的啟、停、運行，可降低空載運行時間，提高工作效率，實現節能目標。

（2）單機閉鎖開車方式。在該控制方式下，給煤機和帶式輸送機進行閉鎖，分別進行單獨啟、停。

（3）單機解鎖開車方式。在該控制方式下，帶式輸送機不與給煤機閉鎖，主要是方便對帶式輸送機的檢修和保養。

3.2 控制功能

（1）故障停車功能。當有故障或者保護動作信號產生時，立即執行停車指令，并向煤流上下游設備發出停車請求。

（2）拉空功能。在自動方式控制下具有拉空功能，當達到相應條件時停車實現下次啟車時為空載啟動。

（3）跑偏調節模式。處于該模式下，帶式輸送機啟動后預警聲一直打開，帶式輸送機在運行180s后自動停車。

4 結語

該系統在實踐中能實現以下功能和效果：（1）帶式輸送機沿線語音設備與地面數字電話機可以相互聯系，提高運輸系統的信息化和自動化；（2）有效降低帶式輸送機空載的運行時間，實現了節能目標；（3）新型本安安全回路的應用提高了運行的安全性；（4）光纖和總線通信的應用降低了電纜敷設成本。