基于KJ871煤礦膠帶運輸監控系統的實際應用研究

蔡先振，田 禾

（1.電光防爆科技（上海）有限公司，上海 201112；2.神木縣隆德礦業有限責任公司，陜西榆林 719000）

1 膠帶機運輸系統的現狀

目前，在傳統煤礦井下膠帶機的膠帶運輸系統中，膠帶機的操作、維護、檢修等工作普遍采用傳統的人工操作方式。傳統的人工操作方式存在過程繁瑣、勞動強度大、人為因素多、工作時間長、自動化程度低的缺點，已不能適應現代化礦井的管理要求。另外，這種模式存在用人量較大、高水平高素質人員較少、設備的隱蔽故障難以發現、突發故障難以及時解決等問題。面臨突發故障時，值班人員又不能快速、有效地解決這些故障，從而給煤礦的安全生產造成了一定的損失。如何避免膠帶機老舊設備事故的發生，以及如何快速有效地處理故障是的問題亟需解決。因此，有必要使膠帶機實現自動化控制。KJ871煤礦膠帶運輸監控系統針對這一系列的問題提供了一整套的解決方案。

2 KJ871煤礦膠帶運輸監控系統應用研究分析

2.1 KJ871煤礦膠帶運輸監控系統工作原理

KJ871煤礦膠帶運輸監控系統是通過工程師站把PLC 控制器、觸摸屏、視頻、動力柜上的高壓智能保護器、聲光語音箱、預警打點語音系統、操作臺、各類保護傳感器等設備的各種數據和信息采集到數據庫中，上位機軟件平臺根據實際需要對采集到的各類數據進行分析處理，把抽象的數據信息以圖像、曲線或表格的形式形象地展現出來。同時，工程師站發出控制指令（如啟動/停止、故障復位、參數整定命令等）傳送給現場的PLC 控制器、高壓智能保護器等設備來執行。

2.2 KJ871煤礦膠帶運輸監控系統組成結構

系統采用先進的工業以太網+現場總線+視頻的結構模式，根據設備的不同功能，整個系統分為控制層、數據傳輸層和設備層三層體系結構。控制層負責采集分析數據并發布控制指令；數據傳輸層負責轉換、傳輸數據；設備層負責執行工程師站的命令并反饋數據信息，具體設備組成見圖1。

圖1 KJ871煤礦膠帶運輸監控系統結構圖

（1）控制層包括冗余工程師站（Force control 7.2軟件），SQL 數據庫，視頻服務器，打印機，音響，UPS 電源，大屏等。

（2）數據傳輸層包括數據傳輸接口、RJ45口、千兆環網、光纜、光電轉換模塊等。

（3）設備層包括PLC 控制柜、操作臺、聲光信號器、預警打點語音系統、高壓智能保護器、攝像儀、交換機、速度傳感器、堆煤傳感器、煙霧傳感器、撕裂傳感器、跑偏傳感器、拉線急停傳感器、張力傳感器、灑水電磁閥、紅外溫度傳感器、電機預埋溫度傳感器、線纜、接線盒等，控制現場的各種信號分類見圖2。

圖2 控制現場各類保護和信號圖

2.3 KJ871煤礦膠帶運輸監控系統的具體功能

（1）設備的啟/停遵循原則：逆煤流啟動，順煤流停止。

（2）工作模式：系統具有集控和就地2種控制模式，集中自動、集中手動、就地手動和就地檢修4種工作方式。

（3）語音播報系統：起/停膠帶機前，沿運輸線發出語音警報，既發光又能發出語音提示；當設備故障時可準確播報故障；具備喊話、打點、沿線閉鎖等功能。

（4）故障自檢和故障定位功能：系統具有自檢功能，當有故障時，語音箱報警播報具體故障內容，觸摸屏和上位機上分別有具體故障的漢字顯示與故障類型；對于沿線跑偏、拉線急停、擴音電話閉鎖等故障，觸摸屏會自動定位顯示出故障點的具體位置。

（5）現場各類模擬量數據參數的顯示功能：膠帶機運行速度、電機溫度、滾筒溫度、鋼絲繩張力、液壓缸壓力、動力柜的電壓和電流以及功率等模擬量參數實時顯示。

（6）現場各類開關量數據參數的顯示功能：對膠帶機啟/停狀態、盤閘狀態、堆煤、煙霧、跑偏、拉線急停、電話閉鎖、撕裂、打滑、連鎖等開關量參數實時顯示并對故障及時報警。

（7）參數設置功能：可以對各類保護參數根據實際生產需要進行修改設置。

（8）3D 上位機界面：上位機界面能夠完整地顯示膠帶機運行系統各個部分的實時狀態，系統通過3D 圖形顯示膠帶機、盤閘、動力柜等設備的運行狀態，采用改變圖形顏色和閃爍的功能進行動態顯示，可以直觀地顯示膠帶機的運行狀況。用圖形填充及趨勢曲線和數字形式準確實時地顯示速度、張力、電機溫度、滾筒溫度、電壓、電流等模擬量參數，并根據實際需要對各類參數設置報警功能，可以用不同報警語音提醒工作人員注意。

（9）抽象數據直觀顯示功能：上位機軟件把現場采集的各類抽象數據以采用圖形、曲線、報表等形式直觀地顯示出來。對現場采集到的各類模擬量數據進行動態顯示、低限報警、超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數據，并以聲光報警形式提醒工作人員及時檢修，避免設備損壞。

（10）上位機系統可以顯示、記錄膠帶機的工作時間、電機啟停次數，可以自動、準確地匯總各膠帶運輸量，生成數據報表，為開展目標成本管理、節能降耗提供參考依據。

（11）上位機顯示、記錄各膠帶機動力柜的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數、動力柜的分/合狀態，為膠帶機負荷量分析、升級改造、功率補償、節能降耗等工作提供可靠的數據依據。

（12）上位機顯示、記錄膠帶機運輸系統的實時數據、歷史數據、事件記錄、故障記錄，以便于系統的維護、維修與查找故障原因。

（13）具有WEB 發布功能，開放OPC 接口，可以實現遠程發布、遠程登錄等功能，可以通過權限在礦區局域網和Internet 上進行訪問，查詢和指揮調度生產工作。

（14）高清晰度的視頻畫面，可以上傳到礦調度室，實時了解膠帶機運輸現場信息。

（15）工程師站采用冗余配置，運行主機出現故障后可以保證1 min 內切換到冗余站上，數據庫的數據存儲時間保持在1年以上。

（16）打印功能。上位機軟件提供打印預覽及打印功能，對相關數據及曲線具有報表打印功能。

（17）上位機遠程參數修改功能：用戶可通過上位機界面或是在現場通過面板上的鍵盤對程序的參數進行修改，以便有針對性地對系統進行更合適地調整。

2.4 KJ871煤礦膠帶運輸監控系統通訊功能

（1）可編程控制箱之間采用以太網通訊，觸摸屏通訊協議采用MODBUS TCP。

（2）可編程控制箱留有以太網電口和光口，可接入現場環網。

（3）可編程控制箱與聲光語音箱之間采用RS485總線通訊，通訊采用MODBUS RTU 協議。

（4）沿線擴音電話為CAN 通訊。在可編程控制箱內部采用CAN/RS485的通信方式5、皮帶動力柜電流、電壓等數據采集采用RS485通訊方式。

（5）操作臺、本安操作箱與PLC 箱之間通過硬件接點連接。

（6）可編程控制箱與變頻器、軟啟動器等動力柜采用硬接點+RS485或TCP/IP 的連接方式。

（7）各類傳感器與PLC 控制箱通過礦用屏蔽通訊電纜快速插頭進行連接。

3 結束語

KJ871煤礦膠帶運輸監控系統是結合當前先進的計算機網絡技術、通訊技術、視頻技術和軟件技術對礦井膠帶機運輸系統進行實時監控和綜合管理。該系統具備多種通訊接口具有強大的第三方兼容性，具有較強的可擴展功能。該系統可有效地提高礦井膠帶運輸系統的自動化、信息化、智能化水平，可以可靠地實現膠帶機的無人值守功能；可有效提高膠帶機運輸系統全生產系數；可有效提高膠帶機的利用效率；可實現膠帶機的自動控制和減員增效的功能；可有效降低膠帶運輸系統的生產運行成本。因此，對于KJ871煤礦膠帶運輸監控系統技術的研究與推廣應用是具有重大現實意義和生產使用價值的。