煤礦井下連續輸送皮帶在線監控系統設計

王新元

（霍州煤電集團三交河煤礦，山西 洪洞 041600）

帶式輸送機廣泛應用在井下煤炭運輸系統中，目前絕大多數礦井仍靠人力巡查帶式輸送機，輸送機故障的預防、發現和處理不及時，不滿足現場生產和安全的需要。為此，本文對礦井皮帶機的在線遠程監控系統進行了設計研究。

1 基于PLC的監控方式

PLC與計算機相結合，上位機、下位機與PLC之間相互聯系[1，2]，在傳感器的輔助下，及時采集井下帶式輸送機運行數據，處理帶式輸送機運行在線監測數據，編寫計算機程序，開發PLC控制軟件，計算機發出請求PLC通信的命令，此時PLC做出反應，自動與計算機通信。但煤礦井下傳輸距離遠，需要建立各個分站，分站把收集到的數據匯總到總站。工業以太網被用于地面上位機的通信，兩臺上位機與地面網關實現互聯互通。整個在線監控系統對皮帶機輸送機進行監控的結構網絡如圖1所示。

圖1 帶式輸送機監控結構示意圖

工業以太網能夠使PLC主站、分站、防爆箱三者之間相互通信。每個控制設備配備了小型的光電交換機，其作用是把距離較遠的控制設備聯系起來。為避免局部設備出現故障或者出現斷電，需要一個光纖連接的光電轉化器，使設備之間兩兩構成通信環網，有助于增強正常設備穩定運行，正常通信。主站交換機把信息傳輸給百兆交換機，百兆交換機再把礦井信息傳輸給千兆交換機，千兆交換機又把數據傳送到地面調度室，整個流程就是PLC控制器與監控計算機通信過程。不同的PLC控制器對應的IP地址詳見表1所示。

表1 PLC對應的IP地址

2 監控系統上位機的選擇

2.1 上位機軟件

監控系統上位機軟件選擇的是組態王軟件，該軟件集監控和采集數據于一身，不僅可以采用分布式控制，而且還可以采用單機集控式，最大優點是其具有遠距離監控能力[3]。若該組態王采用分布式控制系統，下位機在現場實時采集信號、整理數據，并把數據及時傳送到上位機，上位機處理信號完成后，相關命令被發送給下位機，同時上位機把數據整理成圖表的形式呈現給用戶。若組態軟件采用集中式的監控，優點是系統不僅能夠實時現場采集信號、處理數據，同時還能進行全程監控[4]。

在線監控系統組態軟件采用的是“組態王6.0”。組態王6.0適用windows操作系統，也適用于XP操作系統，語言文字為中文，方便大眾識別、操作。組態王6.0軟件界面功能齊全，能夠模擬實際工業現場，具有形象逼真的效果。以函數、IO/驅動程序和控制組件等為基礎，是一種便于人機交換的控制監控井下帶式輸送機的操作工具。可以根據現場采集到的信息，實時呈現動態畫面、圖表、參數變化等，配備相應警報系統，一旦監測到皮帶故障發生，立馬響起警報。

2.2 建立監控系統的步驟

（1）圖形界面

運用程序代碼編程技術開發的組態王6.0軟件，使用者可以根據自身需要建立多個畫面，每個畫面的靜態或者動態圖像相互關聯，形成統一的對象圖形界面。軟件里面包含繪圖工具、實時變化曲線、以往趨勢變化曲線、轉換按鈕等。

（2）建立數據庫

“組態王6.0”軟件核心就是數據庫，上位機與下位機的聯系就是靠數據庫來完成。實時數據庫就是采集現場的帶式輸送機運行狀況，在軟件界面上以動態的畫面呈現在屏幕上，同時用戶在軟件中發出的信息，通過數據庫發送到工業現場。歷史數據庫主要是記錄以往運行情況，并儲存在數據庫里，需要查詢歷史狀況，只需調出數據查詢即可。

（3）動畫連接

屏幕上呈現的畫面、圖形、圖表與數據變量之間關系需要動畫連接才能實現，一旦數據變量發生改變，界面上的圖像就會根據實時數據通過動畫連接表示出來；反之，用戶使用者改變了界面圖形對象，通過動畫連接，相應的數據值也會根據圖像發生變化。

（4）運行和調試

Touch View是組態王6.0軟件運行環境，在組態王軟件中調試界面圖像與現場監測到的數據對應關系，來達到最優監測結果畫面。

3 在線監控系統設計

3.1 組態界面

在線監控系統組態界面如圖2所示。電機電流值、電壓值、電源供電值以及相應傳感器實時監測值均是該組態界面的基本監測參數，在組態界面上會實時顯示監測狀態。點擊主控界面，可以實時了解帶式輸送機工作狀況。使用人員點擊操作按鈕，輸入登陸密碼，就可以進入監控主畫面。

圖2 組態界面

3.2 帶式輸送機開關控制按鈕

（1）帶式輸送機工作原理

主動滾筒提供動力，尾部改向滾筒對皮帶進行改向，兩個滾動共同作用使得皮帶形成一個環形帶，上下托輥給皮帶提供支撐力，帶式輸送機正常運行所需的張緊力靠拉緊裝置發揮作用。皮帶的運轉，主要靠與主滾筒摩擦力前進，煤便被皮帶運輸出去。

煤礦井下連續輸送皮帶機曲線啟動，根據物理學可知，其速度方程為：

式中：

v(t)-任意時刻瞬時速度，m/s；

v0-平穩運行速度，m/s；

T0-啟停時間，s。

式中：

a(t)-任意時刻瞬時加速度，m/s。

從上述速度和加速度公式可以看出，帶式輸送機以加速度為0的平穩速度啟動；當t=T0/2時，加速度和速度均達到最大值；隨后，皮帶速度增加到理想速度，最終以該速度運行。

（2）啟停控制界面

根據帶式輸送機工作原理，開發了啟停控制軟件，該控制界面如圖3所示。用戶使用者點擊“查詢操作”進入主畫面后，操作啟停按鈕，控制皮帶機運轉。

圖3 啟停控制皮帶機

3.3 報警系統

為了地面監控總站能及時發現、統計和處理報警信息以及帶式輸送機運行狀態，單獨在軟件中設置了帶式輸送機實時工作運行情況界面和報警系統界面。操作人員只需點擊“查詢報警”，便可進入報警系統，界面上有關于報警信息的時間、程度、類型等具體參數。

報警系統中預設有限定值，一旦發現帶式輸送機運行過程中超過了設定的參數值，便會自動發出警報。在報警主界面上就會顯示故障的相關情況，根據信息反饋給相應傳感器，主控作出反響。PLC監控器通過遠距離在線監控，實時了解帶式輸送機運行狀況，通過動畫連接，把井下帶式輸送機工作情況傳輸到組態界面上。報警系統中的運行記錄情況、報警參數信息等詳見圖4所示。

圖4 在線系統報警界面

4 結 論

（1）煤礦井下在線監控帶式輸送機工作狀態，基于PLC以太網監控方式，主要通過主站、分站、防爆箱三者之間聯系，形成信息的收集、傳輸、處理和形成。

（2）開發的組態王作為監控系統上位機軟件，通過建立圖形界面、構建數據庫、動畫連接、運行調試等步驟組成在線監控系統的工作過程。

（3）在線監控系統組態界面可以實時顯示電機電流值、電壓值、電源供電值以及相應傳感器實時監測參數，及時了解帶式輸送機工作狀況；根據帶式輸送機啟動工作原理，開發了對皮帶機的啟停控制軟件；操作人員只需點擊“查詢報警”，便可具體了解皮帶的實時運行情況，一旦發生故障，報警系統馬上做出響應。

設計在線監測井下帶式輸送機運行機制控制系統，不僅減輕了工人的勞動強度，還為礦井現代化建設邁出了重要的一步，該監控系統性能可靠、安全性高，減少了帶式輸送機的故障發生率，大大提高了礦井的經濟效益。