多级带式输送机远程集中控制系统设计

张汉昌

(陕西正通煤业有限责任公司，陕西 咸阳 713600)

0 引言

带式输送机具有输送距离长、运量大、连续运输、运行可靠、易于实现自动化和集中控制、结构紧凑等优点,已在煤矿得到广泛的应用[1-5]。正通煤业公司的火车装车站至洗选厂火车装车储煤仓的距离长1 500 m，采用三级带式输送机将选煤厂火车装车储煤仓的煤炭运至火车装车站。但火车装车需煤量大，各级带式输送机均为大容量设备，减速器有强制润滑系统、冷却系统，主电动机有强制风冷系统，带式输送机自带防止倒转的盘式制动器,各级带式输送机均配置液压张紧装置，输送带沿线有拉绳、防跑偏等各种保护装置。火车装车煤流运输系统设备设施多、输煤线路长，为减少带式输送机巡检人员，经研究,设计了一种多级带式输送机的远程集控系统。

1 多级带式输送机远程集中控制系统设计思路

该集控系统由现场设备层、集中控制层、远程管理层(上位机)3层控制模式组成，实现控制数据的采集、处理与传输,多级带式输送机集中控制系统结构如图1所示。

图1 多级带式输送机集中控制系统结构

2 系统控制模式

2.1 现场设备层

现场设备层包括:带式输送机辅机润滑油泵、冷却风扇等防爆就地控制箱,带式输送机盘闸防爆控制箱,液压涨紧装置防爆就地控制箱,各种监测传感器及保护开关、线缆等。

2.1.1 防爆就地控制箱

带式输送机盘闸防爆就地启动箱和液压涨紧装置防爆就地启动箱均具有PLC控制保护功能，带式输送机及附属设备就地控制箱均由启动按钮、停止/急停按钮组成，除急停保护外无其他的保护功能。就地控制箱的设立便于设备检修时的试运行，以及带式输送机远程集控系统故障时应急开停机。

2.1.2 信号采集及传输系统

信号采集系统主要由各类传感器、线缆组成，实现各类信号的采集和传输。PT100热电偶温度传感器对电动机轴承及定子绕组、减速器各部轴承及其润滑油进行温度监测，监测到的模拟信号经线缆传输到PLC控制柜的IR6I型热电偶模拟量输入(RTD)模块。带式输送机的电参量信号(电流信号)、转速信号由高压变频柜提供并通过线缆传输到PLC控制柜的IF16模拟量输入模块。系统采用KBZL-220型隔爆纵向防撕裂保护开关监测输送带撕裂信号、KBJ-220型隔爆欠速开关监测输送带欠速信号、KBW-220L型隔爆往复式拉绳开关监测输送带急停信号、KBW-220P隔爆二级跑偏开关监测输送带跑偏信号、差压变送器监测减速器润滑油压的限值信号，这些开关信号均经线缆传输到PLC控制柜的IM16I型开关量输入模块。高压电源柜的工作状态,高压变频器的待机、运行、故障停机,带式输送机辅机(盘闸、液压涨紧装置、电动机风扇、减速器风扇及其润滑油泵)的状态、故障等开关量信号传输到PLC控制柜的IM16I型开关量输入模块。

2.2 集中控制层

集中控制层主要由高低压电源柜、高压变频启动柜、低压启动柜、PLC控制柜组成。

2.2.1 高低压电源柜

高压电源开关柜为高压变频器及低压电源柜提供电源。低压电源柜为带式输送机辅机、PLC柜提供低压电源。

2.2.2 高压变频启动柜

高压变频启动柜是带式输送机主电动机的起动设备，每台高压变频启动柜具有PLC控制功能，盘面具有人机界面触摸屏和变频器启停按钮、工频启停按钮，人机界面触摸屏可以实现带式输送机的启停、参数设定及故障记录查询等功能，工频启停按钮在变频器故障时采用工频应急启动带式输送机。变频器向对应的高压电源开关柜提供一对合闸允许的无源触点，该触点闭合时，高压开关才允许合闸，同时向高压电源开关柜提供一对高压断路器紧急分断的无源触点，该触点闭合时高压开关必须立即分断。

2.2.3 低压启动柜

低压启动柜为带式输送机附属设备电动机的起动装置，具有就地启动和试验功能，可以对带式输送机各辅机进行单机启停、试验。

2.2.4 PLC控制柜

采用AB-1756系列可编程控制器，在集中控制层设控制主站、分站，主站采用冗余CPU结构，在带式输送机高压变频器等处设远程I/O分站。系统架构采用控制网冗余通信网络，便于与控制系统通信[6-7]。

PLC控制柜包括:2块PA72型电源模块、2块CN2R型控制网通信模块、14块IM16I型开关量输入模块、2块OW16I型开关量输出模块、1块IF16型模拟量输入模块、1块OF8型模拟量输出模块、6块IR6I型热电偶模拟量输入(RTD)模块、2个A13型槽机架、交流稳压电源、直流24V UPS不间断电源、断路器、继电器、HTB-1100S型的单模双纤光电转换开关等，带式输送机的各种监测信号通过线缆传输到PLC控制柜，由PLC实现各类信号的运算，并发出相应的控制指令。PLC输出控制方式有3种，系统采用继电器输出方式，输出电源220 V，输入方式采用开关量输入，输入电源220 V，按钮方式。多级带式输送机PLC组成如图2所示。

图2 多级带式输送机PLC组成

2.3 远程管理层

远程管理层由装车站的HTB-1100S型单模双纤光电转换开关、EK1-2526M型工业以太网交换机、两台工控机、两台显示器、打印机、通信线缆组成，下位机(PLC控制柜)传输的通信信号经光纤转换开关进行光电信号转换，再由工业以太网交换机拓展工业网络，通过通信线缆将电信号传输到两台工控机，通过工控机、显示器实现多级带式输送机的远程集控。系统可实时显示每部带式输送机及其辅机各类保护的工作状态，便于及时发现设备的异常情况，为事故的处理和设备的维护提供便利。

3 PLC控制系统的工作原理

PLC控制系统采用计算机、通信网络、自动化、工业控制等技术，通过传感器对多级带式输送机及其附属设备进行保护。传感器将实时测量采集到的运行工况参数(如跑偏、撕裂、拉绳、欠速、温度、油压等)通过工业控制总线通信技术，反馈给PLC控制层进行数据处理。经过PLC综合处理后，一方面将控制数据传送到现场所控设备，完成设备的自动启停；另一方面工业以太网将处理后的数据通过上位机的组态软件处理成图像，以友好的人机画面提供给带式输送机集控员，集控员根据带式输送机的运行情况，进行具体操作与控制，下达操作指令，逆向传输，通过上位机—PLC—现场设备的顺序，完成对设备的控制，最终实现系统的实时监测与自动化集中控制[8-10]。

4 远程集控的功能

远程集控方式时，需将高压变频启动器的电源开关柜的远程/就地控制转换开关置于远控位置，由远程管理层的集控员进行设备的远程集中控制。带式输送机启动时必须先辅机后主机，停机时先主机后辅机。带式输送机开机前必须先打开盘闸，起动电动机，启动减速器的冷却风扇和减速器的强制润滑油泵，确保液压涨紧装置正常，电动机及减速器的冷却风扇运转正常，减速器的强制润滑油泵运行正常，润滑油压正常，带式输送机的拉绳开关、失速开关、防撕裂开关、跑偏开关均在正常状态，高压变频器在待机状态，此时，带式输送机监测系统将监测到的状态信号传递到集中控制层的PLC控制系统，由PLC发出带式输送机主电动机启动指令，启动带式输送机。当运行中的带式输送机发生以下情况：带式输送机电参数异常动作、拉绳开关动作、欠速85%及以下持续1 min、防撕裂开关动作、跑偏开关二级保护动作(一级报警，二级动作)时，监测信号传递到PLC控制柜，进行数据处理，发出立即停机指令[11]。

带式输送机煤流运输系统的闭锁控制启停顺序：逆煤流启动、顺煤流停止；任何一部带式输送机故障急停时，该部带式输送机停机，上部带式输送机及上上部带式输送机立即停机。

5 实际应用效果

多级带式输送机远程控制系统可以避免启动设备时，操作人员因误操作造成带式输送机辅机未启动时启动带式输送机主电动机而损坏设备。多级带式输送机的联锁启停避免了下部带式输送机急停时造成的堆煤现象，减少了人工清理工作。该系统在正通煤业公司火车装车系统进行了具体的实施，能够根据上位机显现带式输送机故障现象准确判断故障点，有助于及时处理带式输送机各类事故，减少了带式输送机维修人员及巡检人员，提高了多级带式输送机生产安全可靠性，具有一定的推广应用价值。

6 结论

基于工业以太网的多级带式输送机远程集控系统实现了火车装车系统三级带式输送机的联锁启停，数据采集准确，PLC控制系统相应灵敏，保护功能完善。煤流运输系统的集控系统采用控制网冗余通信网络，可与控制系统通过工业以太网进行通信，实现各类信息集成，与矿井实现信息互通、共享，为矿井实现综合自动化、信息化创造条件。