1、項目簡介
某煤礦，1982年8月建成投產，是一座年產100多萬噸的大型現代化礦井，井田面積18 km2，現有107和315兩個采區進行煤炭開采，目前兩采區共安裝14部膠帶輸送機接力提升，完成井下煤炭運輸。井下已使用KHA36-2型輸送帶張力監控保護裝置，實現輸送帶的綜合保護與輸送帶張力測量。為了在中央調度室內完成地對井下14條膠帶輸送機生產情況全面監控，并實現上位機對井下輸送機啟動、停車、故障自處理等功能控制，設計煤礦膠帶運輸DCS系統，以完成對107采區和315采區膠帶輸送機的集散控制。
2、膠帶運輸監控DCS系統功能與構成
DCS系統是由計算機技術、信號處理技術、測量控制技術、通訊網絡技術、CRT技術、圖形顯示技術及人機接口技術相互滲透發展而產生的新型控制系統，在工業、礦業等領域應用廣泛糾。
膠帶運輸監控DCS系統的功能包括：對膠帶輸送機進行遠程集中控制、現場集中控制、現場手動控制；通過實時采集各種現場傳感信息，動態顯示膠帶機運行狀態，包括帶速、膠帶輕／重跑偏、急停拉索動作、堆煤、斷帶故障等信息，并由上位機對膠帶運行狀態進行實時監測、直觀顯示；系統對膠帶電機電流實時檢測，實現設備的自動保護，系統運行、報警及故障時有圖形及語音提示等等。
膠帶運輸監控DCS系統主要有以下3部分組成：
(1)設備控制層。設備控制層硬件主要由各種數據采集裝置構成，主要包括速度檢測傳感器、溫度傳感器、膠帶跑偏開關、緊急閉鎖開關等工業現場設備，主要負責兩個采區中各個膠帶輸送機運行狀態信息的實時采集，并上傳到上位機系統。另外系統設置多臺遠程I/O站，站中安裝I/O模塊，用于各種采集信號的采集與輸出。
(2)過程管理層。過程管理設備主要包括兩個采區的區域控制器與井下人機接口。該DCS系統為107采區和315采區各安裝一個區域控制器，區域控制器選用Intel的89S52單片機芯片為控制核心，區域控制器負責接收調度室內上位機的不斷點名查詢，針對查詢控制層內采集設備獲取的實時數據上傳，從而實現上位機與數據采集裝置之間的通訊，同時為方便管理和擴展系統提供一種有效的方法。井下輸送機司機使用的人機接口裝置，包括操作者鍵盤、顯示裝置等裝置。該DCS系統采用CAN現場總線技術實現數據傳輸，CAN現場總線抗干擾能力強、通信速率高、傳輸距離遠、構成系統簡單，可以保障數據穩定傳輸。
(3)管理層（上位機）。上位機采用高性能的工業控制計算機，通過運行專用的監控軟件系統，實現對井下14臺膠帶輸送機運行情況的監控，完成對各種信息的管理、操作和顯示，實現集中控制，并將各臺膠帶輸送機的運轉情況實時寫入數據庫，調度室內的調度員通過友好的監控界面實時掌握井下的生產情況，完成調度。
膠帶運輸監控DCS系統配置如圖1所示。
3、膠帶運輸監控DCS系統實施
系統中負責監控兩個采區膠帶輸送機運轉情況的工控機安裝在調度室內，工控機卞連兩個區域控制器，分別負責107與315采區的信息采集任務。井下各個膠帶輸送機的有無煤、是否出現故障等運行狀態，由有無煤傳感器、跑偏傳感器、溫度傳感器等實時獲取。
3.1 上下通信方式設計
該系統中，采用一臺上位機經過兩個區域控制器與多臺下位機通信的模式，為避免系統通信沖突，系統采用兩級通信的方式，上位機只與區域控制器直接通信，區域控制器再負責與多個下位機進行通信。上位機向下發送的指令都發送到區域控制器，由區域控制器再發送到下位機智能終端，同樣，下位機發送的信號也是經過區域控制器再上傳到上位機。具體通信方式采用上位機循環“點名”的方式實現，上位機循環發送包括區域控制器編號、終端號等信息的“點名”數據到區域控制器，區域控制器再下發，只有收到點名數據的下位機終端才上傳膠帶輸送機的運行情況。這種“點名上傳”的通信方式有效避免了通信的沖突，使通信能有序進行。
3.2通信協議設計
合理的通信協議是實現穩定、高效通信的根本保障。該系統上位機下發的點名數據設計為5個字節，具體協議設計如圖2示。
下位機上傳的數據主要包括下位機序號、8種故障信息、啟動、停止等運行狀態，所以上傳數據設計為6個字節，具體協議設計如圖3示。
另外上傳數據中第4個字節表示8種故障信息，具體協議設計如圖4示。
3.3監控畫面的設計
直觀、形象地顯示膠帶輸送機運轉情況是上位機的重要功能。目前，上位機監控軟件界面的設計主要有兩種方法：(1)借助組態軟件提供的一些常用動畫組件，如同搭積木一樣，搭接出工作現場仿真界面，其缺點是組態提供的動畫組件有限，對有特定特點的采取仿真界面相似度不高；(2)通過定時器變換多個靜態圖片實現現場動畫的模擬，這種方式的不足是系統維護多張圖片變換產生動畫較為消耗系統資源。
該系統中監控仿真動畫利用Flash技術制作完成。Flash設計的仿真動畫，具有體積小、動畫精美生動等優點，并可以根據膠帶輸送機的長度、傾角、煤倉形狀等特點制作動畫，真實模擬現場設備，相似度高，動畫美觀。
4、結束語
通過DCS系統的使用，既實現了井下膠帶輸送機的分散控制，又實現了上位機的集中信息管理，可以在調度室監控各個采區膠帶輸送機的生產情況，系系統的自動控制、實時報警等功能有效保證了膠帶輸送
機運轉的連續性和可靠性，有效提高了煤礦企業的經濟效益。
