多級帶式輸送機遠程集中控制系統(tǒng)設計

張漢昌

(陜西正通煤業(yè)有限責任公司，陜西 咸陽 713600)

0 引言

帶式輸送機具有輸送距離長、運量大、連續(xù)運輸、運行可靠、易于實現自動化和集中控制、結構緊湊等優(yōu)點,已在煤礦得到廣泛的應用[1-5]。正通煤業(yè)公司的火車裝車站至洗選廠火車裝車儲煤倉的距離長1 500 m，采用三級帶式輸送機將選煤廠火車裝車儲煤倉的煤炭運至火車裝車站。但火車裝車需煤量大，各級帶式輸送機均為大容量設備，減速器有強制潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，主電動機有強制風冷系統(tǒng)，帶式輸送機自帶防止倒轉的盤式制動器,各級帶式輸送機均配置液壓張緊裝置，輸送帶沿線有拉繩、防跑偏等各種保護裝置。火車裝車煤流運輸系統(tǒng)設備設施多、輸煤線路長，為減少帶式輸送機巡檢人員，經研究,設計了一種多級帶式輸送機的遠程集控系統(tǒng)。

1 多級帶式輸送機遠程集中控制系統(tǒng)設計思路

該集控系統(tǒng)由現場設備層、集中控制層、遠程管理層(上位機)3層控制模式組成，實現控制數據的采集、處理與傳輸,多級帶式輸送機集中控制系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 多級帶式輸送機集中控制系統(tǒng)結構

2 系統(tǒng)控制模式

2.1 現場設備層

現場設備層包括:帶式輸送機輔機潤滑油泵、冷卻風扇等防爆就地控制箱,帶式輸送機盤閘防爆控制箱,液壓漲緊裝置防爆就地控制箱,各種監(jiān)測傳感器及保護開關、線纜等。

2.1.1 防爆就地控制箱

帶式輸送機盤閘防爆就地啟動箱和液壓漲緊裝置防爆就地啟動箱均具有PLC控制保護功能，帶式輸送機及附屬設備就地控制箱均由啟動按鈕、停止/急停按鈕組成，除急停保護外無其他的保護功能。就地控制箱的設立便于設備檢修時的試運行，以及帶式輸送機遠程集控系統(tǒng)故障時應急開停機。

2.1.2 信號采集及傳輸系統(tǒng)

信號采集系統(tǒng)主要由各類傳感器、線纜組成，實現各類信號的采集和傳輸。PT100熱電偶溫度傳感器對電動機軸承及定子繞組、減速器各部軸承及其潤滑油進行溫度監(jiān)測，監(jiān)測到的模擬信號經線纜傳輸到PLC控制柜的IR6I型熱電偶模擬量輸入(RTD)模塊。帶式輸送機的電參量信號(電流信號)、轉速信號由高壓變頻柜提供并通過線纜傳輸到PLC控制柜的IF16模擬量輸入模塊。系統(tǒng)采用KBZL-220型隔爆縱向防撕裂保護開關監(jiān)測輸送帶撕裂信號、KBJ-220型隔爆欠速開關監(jiān)測輸送帶欠速信號、KBW-220L型隔爆往復式拉繩開關監(jiān)測輸送帶急停信號、KBW-220P隔爆二級跑偏開關監(jiān)測輸送帶跑偏信號、差壓變送器監(jiān)測減速器潤滑油壓的限值信號，這些開關信號均經線纜傳輸到PLC控制柜的IM16I型開關量輸入模塊。高壓電源柜的工作狀態(tài),高壓變頻器的待機、運行、故障停機,帶式輸送機輔機(盤閘、液壓漲緊裝置、電動機風扇、減速器風扇及其潤滑油泵)的狀態(tài)、故障等開關量信號傳輸到PLC控制柜的IM16I型開關量輸入模塊。

2.2 集中控制層

集中控制層主要由高低壓電源柜、高壓變頻啟動柜、低壓啟動柜、PLC控制柜組成。

2.2.1 高低壓電源柜

高壓電源開關柜為高壓變頻器及低壓電源柜提供電源。低壓電源柜為帶式輸送機輔機、PLC柜提供低壓電源。

2.2.2 高壓變頻啟動柜

高壓變頻啟動柜是帶式輸送機主電動機的起動設備，每臺高壓變頻啟動柜具有PLC控制功能，盤面具有人機界面觸摸屏和變頻器啟停按鈕、工頻啟停按鈕，人機界面觸摸屏可以實現帶式輸送機的啟停、參數設定及故障記錄查詢等功能，工頻啟停按鈕在變頻器故障時采用工頻應急啟動帶式輸送機。變頻器向對應的高壓電源開關柜提供一對合閘允許的無源觸點，該觸點閉合時，高壓開關才允許合閘，同時向高壓電源開關柜提供一對高壓斷路器緊急分斷的無源觸點，該觸點閉合時高壓開關必須立即分斷。

2.2.3 低壓啟動柜

低壓啟動柜為帶式輸送機附屬設備電動機的起動裝置，具有就地啟動和試驗功能，可以對帶式輸送機各輔機進行單機啟停、試驗。

2.2.4 PLC控制柜

采用AB-1756系列可編程控制器，在集中控制層設控制主站、分站，主站采用冗余CPU結構，在帶式輸送機高壓變頻器等處設遠程I/O分站。系統(tǒng)架構采用控制網冗余通信網絡，便于與控制系統(tǒng)通信[6-7]。

PLC控制柜包括:2塊PA72型電源模塊、2塊CN2R型控制網通信模塊、14塊IM16I型開關量輸入模塊、2塊OW16I型開關量輸出模塊、1塊IF16型模擬量輸入模塊、1塊OF8型模擬量輸出模塊、6塊IR6I型熱電偶模擬量輸入(RTD)模塊、2個A13型槽機架、交流穩(wěn)壓電源、直流24V UPS不間斷電源、斷路器、繼電器、HTB-1100S型的單模雙纖光電轉換開關等，帶式輸送機的各種監(jiān)測信號通過線纜傳輸到PLC控制柜，由PLC實現各類信號的運算，并發(fā)出相應的控制指令。PLC輸出控制方式有3種，系統(tǒng)采用繼電器輸出方式，輸出電源220 V，輸入方式采用開關量輸入，輸入電源220 V，按鈕方式。多級帶式輸送機PLC組成如圖2所示。

圖2 多級帶式輸送機PLC組成

2.3 遠程管理層

遠程管理層由裝車站的HTB-1100S型單模雙纖光電轉換開關、EK1-2526M型工業(yè)以太網交換機、兩臺工控機、兩臺顯示器、打印機、通信線纜組成，下位機(PLC控制柜)傳輸的通信信號經光纖轉換開關進行光電信號轉換，再由工業(yè)以太網交換機拓展工業(yè)網絡，通過通信線纜將電信號傳輸到兩臺工控機，通過工控機、顯示器實現多級帶式輸送機的遠程集控。系統(tǒng)可實時顯示每部帶式輸送機及其輔機各類保護的工作狀態(tài)，便于及時發(fā)現設備的異常情況，為事故的處理和設備的維護提供便利。

3 PLC控制系統(tǒng)的工作原理

PLC控制系統(tǒng)采用計算機、通信網絡、自動化、工業(yè)控制等技術，通過傳感器對多級帶式輸送機及其附屬設備進行保護。傳感器將實時測量采集到的運行工況參數(如跑偏、撕裂、拉繩、欠速、溫度、油壓等)通過工業(yè)控制總線通信技術，反饋給PLC控制層進行數據處理。經過PLC綜合處理后，一方面將控制數據傳送到現場所控設備，完成設備的自動啟停；另一方面工業(yè)以太網將處理后的數據通過上位機的組態(tài)軟件處理成圖像，以友好的人機畫面提供給帶式輸送機集控員，集控員根據帶式輸送機的運行情況，進行具體操作與控制，下達操作指令，逆向傳輸，通過上位機—PLC—現場設備的順序，完成對設備的控制，最終實現系統(tǒng)的實時監(jiān)測與自動化集中控制[8-10]。

4 遠程集控的功能

遠程集控方式時，需將高壓變頻啟動器的電源開關柜的遠程/就地控制轉換開關置于遠控位置，由遠程管理層的集控員進行設備的遠程集中控制。帶式輸送機啟動時必須先輔機后主機，停機時先主機后輔機。帶式輸送機開機前必須先打開盤閘，起動電動機，啟動減速器的冷卻風扇和減速器的強制潤滑油泵，確保液壓漲緊裝置正常，電動機及減速器的冷卻風扇運轉正常，減速器的強制潤滑油泵運行正常，潤滑油壓正常，帶式輸送機的拉繩開關、失速開關、防撕裂開關、跑偏開關均在正常狀態(tài)，高壓變頻器在待機狀態(tài)，此時，帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)將監(jiān)測到的狀態(tài)信號傳遞到集中控制層的PLC控制系統(tǒng)，由PLC發(fā)出帶式輸送機主電動機啟動指令，啟動帶式輸送機。當運行中的帶式輸送機發(fā)生以下情況：帶式輸送機電參數異常動作、拉繩開關動作、欠速85%及以下持續(xù)1 min、防撕裂開關動作、跑偏開關二級保護動作(一級報警，二級動作)時，監(jiān)測信號傳遞到PLC控制柜，進行數據處理，發(fā)出立即停機指令[11]。

帶式輸送機煤流運輸系統(tǒng)的閉鎖控制啟停順序：逆煤流啟動、順煤流停止；任何一部帶式輸送機故障急停時，該部帶式輸送機停機，上部帶式輸送機及上上部帶式輸送機立即停機。

5 實際應用效果

多級帶式輸送機遠程控制系統(tǒng)可以避免啟動設備時，操作人員因誤操作造成帶式輸送機輔機未啟動時啟動帶式輸送機主電動機而損壞設備。多級帶式輸送機的聯(lián)鎖啟停避免了下部帶式輸送機急停時造成的堆煤現象，減少了人工清理工作。該系統(tǒng)在正通煤業(yè)公司火車裝車系統(tǒng)進行了具體的實施，能夠根據上位機顯現帶式輸送機故障現象準確判斷故障點，有助于及時處理帶式輸送機各類事故，減少了帶式輸送機維修人員及巡檢人員，提高了多級帶式輸送機生產安全可靠性，具有一定的推廣應用價值。

6 結論

基于工業(yè)以太網的多級帶式輸送機遠程集控系統(tǒng)實現了火車裝車系統(tǒng)三級帶式輸送機的聯(lián)鎖啟停，數據采集準確，PLC控制系統(tǒng)相應靈敏，保護功能完善。煤流運輸系統(tǒng)的集控系統(tǒng)采用控制網冗余通信網絡，可與控制系統(tǒng)通過工業(yè)以太網進行通信，實現各類信息集成，與礦井實現信息互通、共享，為礦井實現綜合自動化、信息化創(chuàng)造條件。