在大型煤礦中，煤炭運輸系統多采用膠帶運輸，因此，高效、安全和可靠的膠帶運輸系統，對提高煤炭生產效率和改善礦井的技術、經濟指標有很大的影響。若發生故障，將使其它工作地點的作業陷入停頓，甚至會導致全礦停產。因此，膠帶運輸系統運行的好壞直接關系到煤礦生產能否正常進行。
目前，現場總線控制系統( FCS)已在現場成熟應用，解決了生產現場設備眾多、類型繁雜不利于系統集成的問題。煤礦井下帶運輸系統具有線路長、設備多、控制分散的特點，這正是FCS系統解決問題的優勢。為此，我們研制開發了一套利用CAN現場總線實現整個煤流的監控系統。在底層，利用復雜可編程邏輯器件( CPLD)和單片機開發了帶機全線多功能信控裝置作為現場分站，采集各設備信號及發送控制指令，實現多功能保護和信號傳遞、控制。該系統投入運行以來，極大地解決了皮帶系統現場操作信息不暢的問題，提高了設備運行安全。
2、膠帶運輸系統分析
膠帶輸送機由皮帶、機架、驅動滾筒、改向滾筒、承載托輥、回程托輥、張緊裝置、清
掃器等組成。帶式輸送機的驅動裝置由單個或多個驅動滾筒驅動。和其它系統相比，帶式輸送機監控系統有其特點，它的結構復雜，控制系統分散，運行環境惡劣，主要表現在
(1)運輸線路長；
(2)運輸設備種類多；
(3)轉換環節多；
(4)控制點較分散；
(5)設備關聯性強，啟動和停止時都要嚴格按照一定的時間和次序；
3、系統組成
膠帶輸送機監控系統的結構特點決定了運輸設備的控制是一個復雜的過程。本系統根據煤礦井下膠帶輸送機群的實際情況，設計了控制系統。在系統中帶式輸送機的電氣保護和控制裝置主要有：膠帶機全線多功能信控裝置、拉繩開關、跑偏檢測開關、打滑檢測、防撕裂檢測、料位檢測、堵料檢測、皮帶秤等。根據系統設備分布廣、距離遠，實時性要求高等特點，特別是為了以后可直接接入全礦自動化監控網絡中，我們選用CAN現場總線來構建系統網絡。每條膠帶或膠帶附屬設備使用一臺現場控制分站進行相對獨立的測控，所有現場信號直接進入現場控制分站，由控制分站再將信號匯集到上位計算機中，控制信號通過現場的電氣控制柜驅動現場膠帶運輸線上的各種電氣設備。整個系統中所有控制分站通過CAN總線與地面上的主控計算機連接，主控計算機可以對整條膠帶運輸線進行監控管理。上位機軟件和下位機軟件互為復核。整個系統的結構如圖2所示。針對現場實際情況，可為每一條膠帶或者按需要分配給一個分站，用多功能信控裝置完成分站的任務，實現現場信號采集和控制指令的下達。運輸系統全線按需要安裝各種傳感器，對膠帶跑偏、打滑、煙霧、超溫、堆煤、張力超限等故障進行實時監測，監測信息由主控芯片分析處理，出現故障時立即做出相應。采用CAN總線，可將多達99臺信控裝置納入網絡中。
4、膠帶機控制裝置設計
帶式輸送機控制裝置是專門為井下帶式輸送機開發的一種多功能保護和信號傳遞、控制裝置。在帶式輸送機運行過程中若出現皮帶跑偏、帶速過高或過低、張力過大或過小、皮帶撕裂、堆煤、煙霧、溫度過高、人工急停等情況時，該裝置自動切斷電源使其停止運行，實現保護，輸送機運行過程中，在運輸膠帶沿線（一般是幾百米至一千多米長），都可以聽到語音提示。緊急情況下，可在沿線實現人工急停，也可以通過裝置自帶的語音對話功能與沿線其它操作點進行通話。
4.1裝置的技術特點
(1)采用隔爆兼本質安全設計，適用于含有瓦斯及燃爆性氣體環境；
(2)不僅可以對帶式輸送機提供跑偏／急停／打滑／超速／溫度／煙霧／撕裂等保護，還可以對皮帶張力進行檢測，超限時提供保護；
(3)采用漢字液晶顯示器，全部操作由漢字提示，直觀反映現場設備運行狀況和操作指令類型；
(4)使用數字語音合成技術，用語音的方式將播放膠帶運行狀態，并在皮帶沿線循環播放，操作人員可通過語音掌握膠帶運行實時狀況；
(5)當產生急停或故障保護時，真人發聲語音提示出幾號膠帶機急停或故障設備位置，幫助操作員進行有針對性的處理。
4.2控制裝置硬件設計
控制裝置主體由CPLD主處理模塊、A/D轉換模塊、D/A轉換模塊、語音報警模塊，液晶顯示模塊等組成。主處理模塊部分電路如圖3所示。整個裝置以數字電路為核心，形成具有打點、通信、急停、聲光語言報警于一體的多功能控制設備。
圖4為控制裝置安裝圖，整個裝置由隔爆腔和本安腔作外殼，滿足井下環境使用。裝置配由專用電源模塊供電，供電電壓127V或36V，每臺裝置配一部電鈴，按下裝置操作面板上的“打點”按鈕，本機打點指示黃燈閃亮，喇叭發出“滴滴……”的聲音，同時電鈴也發出聲響，且將打點信號傳到外線（信號線）上；按下“通話”按鈕，對話筒講話，本機喇叭發出微弱的聲音，同時將語音傳到外線（信號線）上。其它臺可以聽到本臺的傳話，松開通話按鈕，可以聽到其它臺的傳話；按下“急停”按鈕，本機急停指示紅燈亮，并通過急停線將急停信號（本安無源接點）傳送到其它被控設備，同時發出設定好的語言報警聲音，報出故障位置。
故障報警工作過程是通過接口將現場各種傳感器信號采集進控制裝置內部，先由A/D轉換模塊進行信號轉換，進入主處理模塊，和程序預置值進行比較，當異常發生時，立即驅動故障處理模塊和語音模塊，將當前故障信息播放到膠帶沿線，并將故障顯示在液晶顯示屏上，當嚴重故障發生時，整個膠帶系統依順煤流原則停機。待檢修完畢初始化無誤時再次正常開機。
4.3控制軟件設計
控制裝置的核心是CPLD芯片，現場數據采集、信號處理及刷新輸出均由其控制，程序主要包括現場信號采集、顯示刷新、控制運算、控制輸出、報警、通訊處理等。主程序流程見圖5。本裝置最大的特點是語音提示，由于對語音處理功能提出較高的要求，現場設備運行的各種狀況都和語音輸出聯系起來，在全線語音廣播。同時，控制裝置采集到的所有信息可上傳至地面，上位計算機通過組態軟件MCGS，實時畫面顯示現場設備狀況。
5、結論
通過對整個膠帶系統各部分數據連接及通訊技術的合理綜合運用，實現了更為先進、復雜的監控管理功能，這使一些原來不能用計算機實現的傳統生產管理方式，以新的形式在自動化控制領域得到應用，使生產管理水平得到很大的提高，同時，為企業傳統的生產管理模式的改進提供了新的手段和方式。本系統通過開控制裝置，使分散的現場設備易于組成監控系統，既滿足了全系統運行，又可以靈活控制單一膠帶運行。設備運行的各種狀況通過語音在全線播放，實現信息暢通，避免了因信息不對稱造成安全事故。
該系統已在平煤集團多個礦井原煤輸送系統中推廣應用，取得了明顯的經濟和社會效益，受到了好評。
