1、概述
煤礦企業的原煤主運輸系統通常采用帶式輸送機。該運輸系統承擔著井下采掘面原煤運往地面儲煤倉的重任，系統運行的效率與安全直接影響企業的經濟效益。由于原煤運輸線路長、生產環節多、工藝復雜、運輸量不均衡、設備負荷變化大、頻繁停車等原因，造成用人多、電力損耗大，事故率居高不下。現代煤礦不斷追求高產高效，唯有采用先進的控制方式，實現運輸過程和生產過程的自動化集中監視與控制，最終實現減人提效的目標。
本文主要介紹小屯礦全礦井帶式輸送機集中監控系統的研制與應用情況。該系統集控制、監視、監測、保護和管理的功能于一體，實現了原煤運輸系統整體自動化、智能化及控制與管理一體化。
2、系統監測對象和功能
(1)監測對象
監測對象主要包括6臺給煤機、1臺振動篩、1臺破碎機和21臺帶式輸送機，運輸路線總長度為3120 m，輸送能力為300 t/h。共分為6個工藝流程，雙生產線并聯運行。
(2)主要功能
1)多種操作方式
每臺設備機頭旁均設有就地操作控制箱，其控制方式有集中聯動、集中手動、就地聯動、就地手動及禁止起動等方式，系統操作靈活、可靠。集中方式時，則設備由集控室操作員通過上位機操作。
2)多種流程選擇
在聯動方式下，可根據工藝選擇運輸流程。選擇順煤流時，帶式輸送機啟動按順煤流方向，并根據輸送機速度、長度延時開車，以減少運行時間，系統停止或無煤時延時自動停車；重載啟動時按逆煤流方向啟動。
3)完善的保護
按《煤礦安全規程》規定，設置了跑偏、打滑、撕裂、煤位等傳感器。當檢測到故障時，系統進行報警，嚴重故障時緊急停車，有效地防止事故的發生和故障擴大化。帶式輸送機主滾筒和機頭設置并聯運行的雙溫度、煙霧傳感器，并設置超溫灑水裝置。當檢測到煙霧或超溫時系統報警、設備停機并自動灑水。
4)實時監測
運行中對電機的電流進行實時監測分析，當發生電流超限或突變時報警，嚴重時停機。
5)實現系統監視網絡
有強大的信息處理功能，其報警信息、運行參數、操作記錄等信息自動形成標準格式的數據庫文件，并在硬盤長期保存，供信息系統調用。集控系統與調度電話系統、工業電視系統一起構成完整的操作、調度、監視網絡，可實現對整個系統的遙測、遙信、遙控。
3、系統配置
整個集中控制系統由上位機部分、PLC可編程序控制器部分、現場設備及傳感器三大部分組成，系統還具有現場視頻監視系統和選播語音通訊系統。
(1)上位機部分
上位機部分主要由2臺工控機、2臺大屏幕顯示器、打印機、不間斷電源等組成。
上位機安裝在集中控制室內，正常工作時2臺同時運行，互為備用，1臺出現故障時，不影響系統的運行。配置為PⅢ-800型CPU/128 M內存/40 G硬盤/40速光驅／大屏幕監示器。
上位機運行組態軟件RSView32和通訊軟件RSLinx。RSView32軟件運行于Windows環境下，提供數據采集、監控、以及信息管理等功能。它使用1個開放型平臺．支持ODBC、OLE、DDE和OPC標準，具有齊全的目標定位式（Object-Oriented）編程、報警、趨勢圖、事件檢測、數據輸入、通信等功能，支持具有1500個外部標簽的開放型數據庫，是一種適應高速度和高可靠性要求的開放的組態軟件。系統在RSView32平臺上開發和運行，具有以下功能：
1)動態監控
形象逼真的動態監控界面，操作靈活方便。
2)實時顯示
設備的狀態實時顯示，在集控方式下通過鼠標、鍵盤對設備進行操作。
3)實時報警
設備運行故障和工藝參數異常在監控上位機實時報警，并在計算機硬盤上永久記錄。
4)自動記錄
對電流等工藝參數自動記錄，并顯示實時的或歷史的資料曲線。
(2) PLC部分
系統采用全分布式控制結構，見圖1所示。主控室位于地面，在地面和井巷中共設9個PLC控制站，即1個總站( HSC)和8個分站（CSl-CS8），各站分別配置CPU單元；在主控室設2臺上位監控機，運行人機界面軟件RSVIEW32。各PLC站與上位機之間通過工業局域網DH485聯接。PLC控制站負責現場設備的數據采集和控制，通過上位機，可對整個系統的設備進行遠程監視和集中控制。
系統采用美國ROCKWELL公司A-B品牌的PLC，地面主控制站為SLC5/03型，井下控制站為MicroLogix1500型。SLC5/03支持遠程I/O和本地擴展功能，支持各種離散量、模擬量及特殊功能模塊，最大容量為8192個I/O點，內置一個RS232和一個DH-485通訊口，是一種功能高度集成的中型規模的控制器。MicroLogix1500支持本地擴展功能，支持離散量和模擬量模塊，最大容量為150多個I/O點，內置1個RS232通訊口，是一種靈活緊湊的小型控制器。這兩種產品均提供了功能強大的處理器指令集、高級的編程工具以及可擴展的產品功能，適用于在工業環境組建完善、靈活的自動化控制系統。
DH-485通訊網絡是由A-B公司推出的一種工業通訊協議，支持多達32個節點，無中繼，單鏈路通訊距離達1200 m，通訊速率9600~19200 bps可選。本系統建立了兩個通訊鏈路，通過CSl~CS5及HCS的RS232通訊口建立了鏈路1，由CS6~CS8、HCS的DH485通訊口及上位機建立了鏈路2，在每個鏈路上各設1個中繼器。通過數據通訊網絡將各控制站聯接成一個整體。
(3)現場設備及傳感器部分
1)控制方式
每臺設備機頭旁均設有就地操作控制箱，其控制方式有集控（自動、手動）、就地和原系統等方式，使系統操作靈活方便。當系統出現故障時，可切換到原有系統正常運行。
2)自診斷功能
系統軟件具有自診斷功能，在設備起動前，對設備的保護裝置和傳感器及設備環境（如電網電壓是否正常）進行一次自檢；設備起動時，還可以實現從現場反饋實際狀態信號，防止指令與現場設備運行狀態不一致。
3)運輸流程
在聯動方式下，可根據工藝選擇運輸流程，帶式輸送機啟動按順煤流方向，并根據其速度、長度延時開車，以減少運行時間；重載啟動時，按逆煤流方向啟動；系統停止或無煤時延時自動停車。
4)設置各類保護
a．長度大于30 m的帶式輸送機，設置跑偏開關；長度小于50 m的帶式輸送機在機頭、機尾各設置一對跑偏開關；對于大于50 m的帶式輸送機，每隔50 m設置一對跑偏開關，一級跑偏用于故障報警，二級跑偏用于故障停車。
b．所有帶式輸送機均設置速度傳感器，用于檢測打滑及超速等異常情況。
c．在給煤機或溜槽處加裝膠帶縱向撕裂保護，以防止有大型異物時損壞膠帶事故的擴大化。
d．在易發生堵塞的溜槽加裝溜槽堵塞傳感器，防止溜槽堵塞而損壞膠帶機。
e．所有滾筒設置溫度傳感器，實時檢測滾筒溫度；在機頭設置雙感煙探測器與雙溫度傳感器，并聯運行，當一個感測到煙霧或高溫即報警；設有自動灑水裝置。當帶式輸送機嚴重打滑產生高溫或發生火災時，設備停機并自動灑水。
f．帶式輸送機每100 m設起動預警裝置，設備啟動前發出預警信號，提示有關人員立即遠離設備。
g．對所有電機的電流監測，運行中對電機的電流進行分析，并與速度傳感器配合報告空載、重載、電機空轉等狀態。
h．煤倉設置高低煤位傳感器。
1．當有故障發生時，系統同時發出聲光報警，并在硬盤上記錄。對停機類故障，故障設備和上游設備立即停止運行，其下游設備待煤流排空后經延時依次停止運行。
j．對需要在現場試驗的保護裝置，安裝試驗反饋信號（電鈴），試驗保護可靠時，發出聲音信號。
k．為解決雙生產線同時運行時煤量的平衡問題，對其中一條生產線的給煤機使用變頻器調節給煤量，減少重載停車次數。
1．在相應地點分別安裝8臺攝像機，組成工業電視系統，并在相應長度安裝信號放大器，以保證信號清晰可靠。
m．各操作點與集控室之間通過選播語音通訊系統進行聯系，以保證各操作點現場情況的快速匯報與反饋，語音通訊具有選播與群呼的雙向雙工通訊功能，語音清晰洪亮，即使在設備噪音很大的現場
也能保證通訊的可靠性。
4、控制原理及軟件
本系統控制軟件的開發工具采用RSLogix500軟件，它提供了基于Windows的操作接口和豐富的指令集。DH-485網絡采用RSLinx軟件進行網絡組態，實現網絡通訊。控制軟件采用梯形圖編制，通過通訊網絡由上位機下載到PLC中。
PLC控制軟件包括以下參數組態或功能模塊：
(1)參數組態
系統的基本參數組態包括控制器型號、通訊信道組態、電源模塊組態、I/O模塊的組態等。
(2)功能模塊
1)系統安全處理模塊
主要包括上電復位、系統自診斷、急停或事故處理等。
2)塊傳輸處理模塊
控制站間的通訊采用塊傳輸機制進行。
3)模擬量處理模塊
包括模擬量模塊的組態、模擬量數據的量程變換運算等。
(3)運算
1)電流參數處理運算
包括電機電流超限分析和突變分析。
2)設備邏輯控制運算
5、系統特點
(1)可靠性高
選用先進的美國ROCKWELL公司A-B品牌的MicroLogix1500可編程控制器。系統的實時性好，可靠性高，數據處理速度快。McroLogix1500具有32K程序內存及4K附加數據內存的存貯能力，具有多達99個編程指令，典型掃描時間僅0.9 ms/K。
(2)安全性好
采用全分布式控制結構，系統具有較高的安全性，各站之間既相互獨立又相互聯系，局部出現故障，不會導致整個系統癱瘓。
(3)通訊距離遠
通訊網絡速度快，距離遠，可靠性高。DH485網絡是實時工業控制局域網絡，提供了在PLC之間、PLC與HMI工作站及遠程I/O控制站之間的實時、快速的對等通訊，通訊波特率達19.2 kbps，兩節點之間最大通訊距離達3050 m。
(4)操作方便
界面直觀友好，操作簡便，功能齊全。RS-VIEW32軟件是一種可集成的、基于組件的HMI系統，為直觀、有效的監視和運行控制系統提供了極大的靈活性。
(5)布線方便
由于采用遠距離通訊網絡，使布線更加方便，并大大減少電纜用量。
(6)維護方便
維護方便，運行費用低。系統擴展方便，可隨時增加節點，并可通過網絡由集控室在線修改程序。控制器和網絡可靠性高，維護工作量小。
6、結語
