运输子系统

一.1 系统方案设计

一.1.1 系统描述

皮带生产集控系统的安全可靠与否直接影响矿井的经济效益。

皮带生产集控系统可实现对各条皮带机运输系统的遥测、遥控、遥信，提高生产效率，降低事故率，减少故障处理时间、减少现场操作人员、提高经济效益。

我单位设计的皮带生产集控系统采用先进的并行处理技术；操作方便、灵活、可靠性高，抗干扰能力更强。采用分布式控制结构，保护功能齐全。具有皮带跑偏保护、速度检测，打滑和超速保护，急停闭锁，堆煤检测，温度检测，烟雾检测和皮带纵向撕裂保护等完善的检测和保护功能，现场可编程功能及组网功能强，采用开放式编程软件和开放式的数据通信协议，可与综合智能化及信息化系统实现汇接。

n 系统有集控，就地两种控制模式，自动、手动、检修三种工作方式；

n 可安全稳定可靠的实现“逆煤流启车，顺煤流停车”

n 可显示各皮带、给煤机是否起停状态，及大负载电机电流电压及温度。

n 具备完善的保护功能，如跑偏，急停，烟雾，撕裂，滚筒温度等。

n 具备完善的语音报警功能。

n 系统可以通过地面集控室上位机对井下整个系统的运行情况进行监控，及时了解设备运行情况及故障。

n 集控室上位机可对皮带的各类采集数据进行存储，可查询半年以上。

n 数据通讯功能：在各控制单机内都安装有以太网通信模块可实现各单机与主机间的通信，完成多条皮带机的集中控制系统，并与上位机配接，通过OPC接口接入矿井智能化平台等网络

一.1.2 皮带集控系统拓扑图

主运输监控系统主要由上位机、PLC控制系统和皮带保护传感器组成，网络拓扑结构如下：

 

1、上位机

本次不单独设置上位机，利用综合智能化平台作为上位机来对整个系统进行管理。

2、PLC控制系统

PLC控制系统作为井下控制部分的核心，完成与皮带机及其传感器的信息交互传递，并通过其中的嵌入式工控机显示整个系统的运行情况。在主井皮带机头配置一台防爆PLC控制柜（内含PLC控制系统作为主站），下山皮带和一级皮带机头各配置一台防爆PLC控制柜（内含PLC控制系统作为从站）。从站和主站之间通过光纤连接，主站接入到就近的工业环网实现数据的远程传输。

一.1.3 皮带保护传感器配置

传感器布点原则：每条皮带配置一个本安型速度传感器、一个本安型胶带纵向撕裂传感器、矿用本质安全型烟雾传感器；本安型急停传感器每隔100米布置一台，本安型跑偏传感器每隔100米布置布置一对；每条皮带转载机头配置一个堵煤传感器；皮带沿线扩音电话每隔100米布置一个。

一.1.4 皮带集控系统的技术性能

系统启停流程

设备的起/停遵循的原则为：逆煤流启动，顺煤流停止。

控制模式

系统具有集控和就地两种控制模式，集中自动、集中/就地手动和就地检修三种工作方式。

控制原则为：以集控操作为主，异常情况时就地优先停车。

集中操作方式可分为“集中—自动”及“集中—手动”两种（与就地检修模式互锁）

“集中—自动”方式即通过矿用本质安全型操作台选择开关和按钮，结合矿用隔爆显示屏，按照“逆煤流启动，顺煤流停止”的方式实现煤流的一键启停车。也可以通过调度室计算机键盘和鼠标，结合工控机彩显，一键启停车（该模式设置了操作权限）

“集中—手动”方式即通过矿用本质安全型操作台选择开关和按钮，结合矿用隔爆显示屏，实现对单台设备的起停控制。在此种方式下，设备之间的联锁关系可以方便地设定或取消。该方式主要用于设备的试运行，也可以作为正常生产时的补充操作方式。

就地控制模式

就地操作方式可分为“就地—手动”与“就地—检修”

“就地—手动”通过就地控制箱上的按钮，对单条皮带进行自动启动与停车，设备间的联锁在 PLC 控制箱上可以设定与解除。

“就地—检修”该模式用来对单台设备的单个操作机构进行试运行来对设备进行维护修理。

控制特点

l 集中控制时皮带机与给煤机闭锁、搭接皮带的前级皮带与后级皮带闭锁。

l 就地控制时皮带机能满足点动、低速验带运行和正常生产运行等不同运行方式。

l 设备启动前有声光预警，预警信息通过扩音电话传到各皮带沿线。

l 某条皮带出现故障时，煤流前设备立刻停止，防止堵煤，煤流后设备继续运行，直到皮带拉空，避免皮带重载启动。

l 主站与分站通讯受阻时能方便地转换到就地运行状态。

状态显示

l 设备信息显示：具有驱动电机、制动闸的状态显示功能；电机电流和温度显示。

l 传感器模拟显示：皮带速度，滚筒温度，涨紧装置张力大小，煤仓高度。

l 传感器开关显示：急停，跑偏，堆煤，烟雾，撕裂，扩音电话闭锁等。

语音信号系统

l 皮带关键岗位（点）都设有信号和语音系统。

l 开停皮带时用信号联系，设信号闭锁，并有启动预警。

l 当设备发生故障时，可播报具体故障，传至沿线各扩音电话。

一.1.5 系统软件的设计

显示功能

在计算机屏幕上动态显示全系统工况、主要保护、参数及每条皮带运行的有关信息。在计算机屏幕上，同时实时显示绞带机和各种保护传感器的工作状态，如皮带开机 。状态及运行速度，拖动电机电压、电流和功率等参数。在计算机屏幕上，同时实时显示皮带、给煤机的开停状态和煤仓煤位高度。计算机屏幕上，同时显示胶带机的故障类型、故障发生时间及故障个数。

                        集控室显示画面

报警故障记录

可显示各子系统的报警信息、故障信息，操作信息，并可按单位、类型、持续时间、间隔和日期等进行组合查询。

趋势曲线

在一个坐标内显示多条曲线；可以放大曲线显示；可以打印曲线；鼠标跟踪显示曲线上每一点的数值和时间；可以用表格方式显示曲线的相应监测数记录，大小平均值等数据。

数据管理

将生产数据分为班组、月度、年度生成报表；对设备运行数据及其他安全信息分类管理。

事件记录功能

对所有涉及系统配置操作，对子系统实施控制的操作及一些重要的操作，系统都进行完整的记录，包括：操作时间、操作者、操作码及描述、节点名等。为系统的事故追忆及重演提供了重要的信息。

扩展功能

系统采用统一、标准的数据接口采集各生产单位监测监控系统的数据，保证采集数据的准确性。接口数据具有实时性与可扩展性，满足实时数据的要求，当监测数据有增、减等变动时，应自动反映到系统中。同时，可将各矿监测系统的数据进行专业级后处理，作为上一级信息网的信息源。

配置设备技术参数

1）矿用隔爆兼本质安全型PLC控制箱

技术参数

l 额定输入电压：AC 127V

l 额定输入功率：100VA

l 本安参数： Uo：12.5 VDC    Io：1.3A

Co：47μF       Lo：0.1mH

l 内装西门子PLC、通讯模块、中间继电器、触摸屏，集控I/O输入输出点数单台可达300点并可扩展；

功能

l 控制箱具有多路开关量采集及显示功能。

l 控制箱具有多路电压输出功能。

l 控制箱与控制箱之间可实现通讯功能：RS485信号，通讯距离1Km，传输速率9600bps，光纤网络信号，通讯距离20KM(无中继)

l 具有六位功能按键操作按钮，通过这六个按钮可对整条皮带进行参数查询、修改与操作。

l 就地参数设置：应用控制箱本体门面上的六个控制按钮，可对工控机组态界面进行参数设置；

l 远程参数设置：可通过RS485通讯和光纤网络方式对另一台控制箱进行参数设置、修改以及查询。

a) 结构简单

采用模块化设计，便于用户组态配置；DIN标准导轨安装；集成的背板总线技术；更换模块简单，扩展灵活方便。

b) 功能强大

高速的指令处理；支持浮点数运算；方便用户的参数赋值；诊断功能强大；还具有多级口令保护。

c) 通讯

具有多种不同的通讯接口，可以连接PROFIBUS总线、CAN总线和工业以太网系统，支持过程通讯和数据通讯；多点接口集成在CPU上，可以同时连接编程器、上位机、人机界面、变频器等智能化控制系统。

2）矿用本安型扩音电话

l 具有打点、闭锁、沿线扩音功能；

l 任一话机接受外部控制信号，与之连接的其他话机均能发出报警信号；

l 全封闭结构，使用寿命长；

l 高防护等级的电缆插件，使安装便捷可靠；

l 内置的充电电池组，确保在外部供电中断时，通信得以延续。

技术参数：

l 工作电压: 13.5～18V DC

l 工作电流: ≤34mA

l 电话的语音声强（1000Hz时）: 95dB（1m处）

l 语音失真度不大于: 15%

l 预警发生频率: 1.5KHz

l 急停闭锁方式: 按钮式

l 防爆型式: 矿用本质安全型

l 防爆标志为:ExibI

l 外壳防护等级: IP54

l 待机时间: 96h

l 通讯有效距离: ≤2km

l 外形尺寸: 360x180x140mm

一.2 系统功能

控制功能

生产集中控制系统有两种控制操作方式，即控制室集中控制操作和现场单机就地操作方式。控制室集中操作方式是本系统的主要操作方式，现场单机就地操作方式主要用于设备的调试和维护。

集中控制中设备的起/停遵循的原则为：逆煤流启动，顺煤流停止。其控制原则为：集控服从于就地。

集中操作方式可分为“集中—手动”及“集中—自动”两种。“集中—手动”方式即通过计算机，实现对单台设备的起停控制。在此种方式下，设备之间的联锁关系可以方便地设定或取消。该方式主要用于设备的试运行和检修，也可以作为正常生产时的补充操作方式。“集中—自动”方式即通过选择适合的工艺流程．按照选定的生产工艺实现设备的自动起停。

数据采集功能

控制系统应能对皮带机运行的各种参数进行实时采集并上传至主机。主要数据包括模拟量和数字量两类。细分为如下部分：

模拟量参数据主要有：速度、温度、煤仓煤位、电机电流、电压等。

数字量参数主要有：皮带起动设备的起停、电磁阀的开闭、皮带机的跑偏、堆煤、撕裂等故障状态。

检测与保护功能

系统带有速度、温度、煤仓煤位等的连续量检测。通过对系统自带的速度传感器信号的检测，可以进行打滑、过速、欠速和断带保护。系统还可对电机的轴承温度、绕组温度，滚筒温度、张紧系统、煤仓煤位等进行检测和显示。在参数菜单设定好每一个连续量的报警值和停机值后，一旦达到报警值，将自动报警，超过停机值，将报警并自动停机。

系统配有堆煤、跑偏、烟雾、环境温度等开关量传感器。可对堆煤、跑偏、烟雾、环境温度等进行检测和保护。并实现报警停机。

通过对电机起动设备引入电压、电流检测，可实现过压、过流等超限报警和停车等功能。主皮带和采区皮带间实现顺序闭锁，即按煤流顺序停机，防止涌机头。

实时（历史）数据显示与记录功能

可以访问当前和任意时间的历史数据及曲线。报警数据用红色显示，能够声音报警。

网络发布

对于控制系统的实时（历史）数据、曲线及图像进行网络发布，处在局域网或英特网的其他具有相应权限的用户可以实时了解到井下皮带机的工作情况。但不具有操作权限。