带式输送机集中控制系统研究.pdf

2020 年 7 月2020 年第 7 期 带式输送机作为煤矿井下生产运输中的关键设备， 因兼具长距离、大运量、连续性等诸多优点，成为实 现煤炭有效外运不可或缺的重要环节。在传统的带式 输送机作业控制中，多采用继电器-接触器控制系统， 但这种控制方式在实际使用中存在效率低、稳定性差、 运行成本高等不足之处，不适用于现代化大规模生产 作业[1]。有鉴于此，在带式输送机操控管理中引入 PLC 技术和组态技术，设计一种用于多条带式输送机控制 的集中控制系统，从而实现对井下输送机的远程实时 监控，提升井下运输作业的现代化水平。 1系统设计分析 A 矿井下带式输送机架设总长度为 1 300 m，共布 设带式输送机 8 条，鉴于运输设备多且作业环境相对 恶劣，为确保系统运行的安全有效，在输送机集中控制 系统的设计上，一方面要借助 PLC 技术和井下 CAN 总 线通讯网络，实现所有运输设备的远程有效互连；另一 方面则需布设各种信号的监测装置，实现对带式输送机 运行中异常情况的及时监测和预警，从而确保故障第 一时间被发现和排除，为设备稳定运行保驾护航。图 1 所示即为带式输送机远程集中控制系统构成示意图。 2系统总体设计 2.1硬件构成分析 所设计集中控制系统的硬件组件主要包含 PLC 控 制柜、工业计算机、通讯电缆和通讯接头等。其中， PLC 控制柜具备集中控制和机旁控制两种方式，采用型 号为 SIEMENSS7-300 型 PLC 装置，各个控制柜之间通 过通讯电缆连通。整个控制系统共分为三层，即管理 层、控制层和现场层。其中，管理层核心设备为工控 机，具备对带式输送机的全局管控功能，内设有组态软 件，属于整个系统的上位机，借助组态软件能够对整个 系统的运行状态进行实时监测并根据需要发出相应的 控制指令。控制层核心设备为 PLC，能够借由通讯电缆 接收上位机信号，并对所收集的带式输送机作业数据 进行汇总分析，再依照预设的控制指令对外输出控制 指令，实现对带式输送机的预启动及功能保护；同时还 能够将相关数据上传至集中控制柜并对上位机所发出 指令进行执行。现场层设备为各类监测装置，用于收集 设备运行的各种信号[2-3]。整个系统的作业大体包含信 号监测、逻辑运算和指令输出等过程，全部通过 PLC 实施自动控制。图 2 所示即为硬件系统构成示意图。 图 1带式输送机远程集中控制系统构成示意图 硬件中的电缆全部选用西门子公司生产的 DP 总线 电缆，型号为 6XV1830，该电缆传输距离最大值为 收稿日期2020-03-24 作者简介孙圣华，1981年生，男，山西大同人，2016年毕业于太 原科技大学电气工程及自动化专业，助理工程师。 带式输送机集中控制系统研究 孙圣华 （ 同煤集团煤峪口矿机电科，山西 大同 037001 ） 摘要 带式输送机在运行中一旦出现打滑、跑偏等事故，必然会对其运行的正常有效开展造成严重影响，继而影响 矿井生产综合效益。以此为着手点，对带式输送机集中控制系统开展深入的分析探究。在开展系统设计分析的基础上， 从硬件构成和软件构成两个方面对系统整体设计做出全面总结，希望能够为其他矿井相似工程的开展提供借鉴与参考。 关键词 矿井；带式输送机；PLC 控制；组态控制；集中控制；系统设计 中图分类号 TD528.1文献标识码 A文章编号 2095-0802-202007-0093-02 Research on Centralized Control System of Belt Conveyor SUN Shenghua Mechatronics Department of Meiyukou Coal Mine, Datong Coal Mine Group, Datong 037001, Shanxi, China Abstract Once the belt conveyor slips and deviates during its operation, it will inevitably have a serious impact on its normal and effective operation, and then affect the comprehensive benefits of mine production. Taking this as the starting point, this paper made an in-depth analysis and research on the belt conveyor centralized control system. Based on the analysis of the system design, it made a comprehensive summary of the overall design of the system from the two aspects of hardware and software composition, hoping to provide reference for the development of similar projects in other mines. Key words mine; belt conveyor; PLC control; configuration control; centralized control; system design （总第 178 期） 技术研究 烟雾 纵撕 跑偏 防滑 拉绳 温度 急停 各 项 保 护 传 感 器 带式输送 机启停 声光报警 拉紧装置 超温洒水 速度传感器 PLC 上位机 93 2020 年第 7 期2020 年 7 月 1 000 m，线芯为实心铜线，外部采用金属丝和铝箔双 丝编织而成的双层屏蔽，抗干扰性能优良。 DP.分布式外围设备；PROFIBUS-DP.现场总线。 图 2硬件系统构成示意图 2.2软件构成分析 所设计带式输送机远程集中控制系统软件构成主 要包含 PLC 应用程序和上位机组态控制软件等。其中， 上位机软件以工业控制计算机充当人机交互界面，配 设多种型号的通讯卡，可实现同整个矿井通讯网络的 有效连接；监控软件采用组态王软件，能够对多条带 式输送机运行情况进行同步的多画面监控。 2.2.1PLC 控制软件 整个系统的运行均是借助所编写的 PLC 程序运行 达成，从而实现对多条带式输送机的综合自动调度。 其中，设备的控制操作流程为在作业启动信号发出 后，PLC 程序操控系统使得所有带式输送机按照逆流方 向进行一对一的顺序启动；在作业停止信号发出后， 程序操作各带式输送机按照顺流方向一对一顺序停车[4]。 这种启动和停车顺序的目的在于避免运输皮带上发生 煤料堆积的情况，从而引起设备故障。所有带式输送 机上均配设有电气联动装置，当一个或多个设备发生 故障后，需第一时间通过本级联锁控制系统对本级设 备及上级设备进行停止保护。而当发生严重事故时，系 统会强制停止系统中所有设备，并点亮相应的故障指示 灯，发出声光报警。图 3 所示即为 PLC 程序作业流程图。 除了上述功能外，系统还设计了输送机运行与监 测程序。当带式输送机开始运行时，PLC 会先对整个系 统开展故障自检，若发现故障隐患，则系统不会启动 运行；若无故障，则系统会借助光电监测装置对皮带 所处位置予以确定，并根据皮带所处状态进行相应的 皮带松紧操作，保证带式输送机在适当的张力下运转。 考虑到带式输送机作业过程中时常发生跑偏现象，且 跑偏量过大时会对带式输送机正常运行造成严重阻碍， 需选用跑偏开关对跑偏现象进行防治，即在带式输送 机左右两端，依照不同输送带长度，在机头和机尾布 设若干个跑偏开关，作业时一旦皮带发生明显的跑偏 现象，则 PLC 会立即收到跑偏开关发出的信号，进而 控制整个系统停止运行。 2.2.2组态软件 为有效实现对带式输送机的远程操控，要对各个 环节进行实时监测预警，从而让工作人员能够第一时 间掌握相关运行情况。借助组态软件开发性能全面的 人机交互界面，将带式输送机各个环节的运行状态以 图形的形式显示在人机交互界面上。所设计的人机交 互界面主要包括集控界面和各运输带运行界面。作业 时，作业人员点击主控界面“系统状态”按钮，从而实 现对设备通讯状态、设备启停状态、故障复位等功能 的查询；通过点击“界面选择”按钮，可对各条输送机 的运行实时状态进行动态管控[5]。 3结语 带式输送机作为煤矿生产作业所不可或缺的关键 设备，确保其运行的高质、有效对于矿井生产效益的 提升有着积极意义。管理管理者应当针对传统带式输 送机控制系统存在的不足，积极引进 PLC 技术、组态 技术等先进技术，实现对带式输送机运行状态的实时 监测和故障诊断，从而有力推动带式输送机运行综合 效益的增加。 参考文献 ［1］ 都波.带式输送机综合自动监控系统的设计 ［J］ .煤矿机电， 2019， 406 99-101. ［2］ 蔡润.煤矿带式输送机集中控制系统的设计及应用分析 ［J］ . 石化技术， 2020， 271 209-210. ［3］ 胡文鹏.东庞矿集中控制系统的开发与应用 ［J］ .科技创新与 应用， 201912 161-162. ［4］ 王继东， 孙建延， 胡美玲.带式输送机智能控制系统的设计与 研究 ［J］ .机械强度， 2019， 413 748-752. ［5］ 杨恒.皮带机集中控制系统的优化改造 ［J］ .中国新技术新产 品， 201915 14-15. （ 责任编辑刘晓芳 ） 带式输送机1带式输送机2 带式输送机3 PLC单机 控制柜 S7-200 PLC单机 控制柜 S7-200 PLC单机 控制柜 S7-200 现场层 控制层 集中控制 S7-300 管理层 上位机 亚控组态王 DP PROFIBUS-DP DP Y.运行通过；N.运行不通过。 图 3PLC 程序作业流程图 停止上游 所有设备 停止上游 所有设备 停止上游 所有设备 停止上游 所有设备 故障 故障 故障 故障 Y Y Y Y 故障联锁 全线停止 跑偏故障 撕裂故障 N N N N Y 自动 手动 带式输送机 顺序启动 集中控制柜 S7-300 PLC 带式输送机8 带式输送机 逆序启动 带式输送机7 带式输送机6 带式输送机1 10 s 10 s 94