煤矿带式输送机综合监控系统的设计与应用

宋晋华

(晋煤集团 晋圣亿欣煤业，山西 晋城 048000)

0 引言

目前，煤矿生产朝着高产能井型、高功率装备、高自动化控制的方向发展。随着工作面装备的不断优化改进，矿井产能的不断提高，带式输送机作为矿井煤炭运输的关键装备，其运行的稳定性和可靠性成为矿井能否实现安全高效生产的一大影响因素。与此同时，随着计算机技术、信息技术、网络技术等现代科学技术的不断发展，将其应用于煤矿带式输送机系统中，对其实现安全稳定运行具有积极的现实意义和经济技术价值。

1 带式输送机监控系统总体设计

继电器控制是目前带式输送机监控系统常用的控制方法，该控制方式以硬件继电器作为关键元件，通过串联方式与主电路相接通，再以主电路的关键参数(电压、电流、转速等)为依据，对带式输送机及其相关电气设备执行相应控制动作，具有连线便捷易操作、原理简单易掌握的特点。但在实际应用中，如果继电器控制系统中某一处继电器出现故障，那么整个继电器控制系统将无法有效运转，同时排查串联方式下控制系统中继电器故障所在位置也非常困难，因此该控制方式具有串联工作量大、整体成本高、运行可靠性差、故障排查困难等一系列缺陷。

与目前常用的继电器控制方式相比较，PLC控制方式具有连线简易、维护便捷、整体成本较低、故障排查简单等优势。本文基于某煤矿井下带式输送机实际运行状况，利用PLC控制方式，对煤矿带式输送机的运输状态与故障预警综合监控系统进行整体设计。

2 PLC选型及主要参数

由于井下现场作业环境恶劣和复杂，还必须保证带式输送机运行的连续稳定性，因此PLC选型必须符合运行安全稳定、满足井下现场环境、适合带式输送机运行状况以及操作便捷维护简单等要求。Mitsubishi Group公司生产的PLC FX2N-32M可编程序控制器、输出继电器等符合以上几点要求，并且具有热备能力、无忧切换功能等特点，可以通过控制面板对主机和备用机进行设定，大幅度提高了操作维护的便捷性。表1为PLC选型主要参数。

表1 PLC选型主要参数

3 监控系统硬件设计

带式输送机监控系统采用分布式的布置方式，以地面操控平台作为系统核心，辅之以井下操控分站，采用自动/手动的控制方式，通过上位机实现对带式输送机与其相关设备的远程监控。监控系统在自动控制模式下，对带式输送机与其相关设备的运行状态进行实时监控，根据联锁关系对监控点发出控制信号，进而实现对带式输送机运行的控制。地面操控平台还可以实时显示带式输送机的转速、频率、温度、电流等运行状况，并提示运行故障情况及故障位置。图1为监控系统示意图。

图1 监控系统示意图

3.1 地面操控平台

地面操控平台由1台运行的上位机和1台备用的上位机组成，并安装有视频接收器、分配器、服务器、显示器各1台，通过地面操控平台可以实时显示带式输送机运行状况、回放历史运行数据、对故障情况及其位置进行报警，并对其进行操作控制。

3.2 井下操控分站

PLC是井下操控分站的核心部分，通过通讯模块将各井下操控分站联网来实现带式输送机运行数据的传输，利用已编好的程序实现对带式输送机的集中控制，通过布置于各井下带式输送机运行环节的KBA4A型矿用本质安全型光纤摄像仪，可在地面操控平台实时显示井下带式输送机运行图像。当启动监控系统后，地面操控平台可通过监控系统对整个带式输送机运输系统各环节进行实时监控，并根据实际情况进行远程控制。图2为PLC接线示意图。

图2 PLC接线示意图

4 监控系统软件设计

在监控系统软件设计中，必须将带式输送机与其驱动电机对应起来。当监控系统启动时，按顺序启动各部带式输送机并且使各相邻带式输送机启动时保证一定时间间隔；监控系统停止时，按照与启动相反的顺序依次根据一定时间间隔停止带式输送机运行。图3为监控系统启停顺序示意图。

图3 监控系统启停顺序示意图

由于井下带式输送机传输距离较长，本次设计的PLC通讯方式采用串行通讯的方式，与上位机进行数据传输，通过在上位机中预先编好的程序给PLC发送控制信号，PLC自动做出响应动作。各井下操控分站通过Control Net控制网络连接组成整个网络系统，Control Net控制网络与地面网关相连接，地面网关再通过工业以太网与上位机之间实现通讯功能。图4为监控系统网络组成示意图，图中1号、2号、3号皮带分别代表主井、采区及工作面的带式输送机。

图4 监控系统网络组成示意图

采用国产亚控科技公司开发的KingVIEW6.55组态王开发监控系统软件，基于地面操控平台计算机微软系统，对人机互动界面进行开发，具备带式输送机及其驱动电机的运行状态和运行数据实时显示、故障报警提示、远程控制等较为齐备的一系列功能。图5为监控系统人机互动运行界面。

图5 监控系统人机互动运行界面

5 结语

根据井下现场带式输送机运行状况及实际需求，利用PLC对矿井带式输送机监控系统进行整体设计，综合监控系统可以实时显示带式输送机运输状态并对故障情况及其位置进行预警，地面人员可以直观了解井下带式输送机运行情况并进行远程操控。该带式输送机综合监控系统能够减轻现场作业人员劳动强度、减少操作人员定员配备、增强井下运输环节的可靠性和自动化程度，对于矿井实现安全高效生产和自动化、智能化具有积极作用。