浅谈煤矿胶带机PLC监控系统的设计及研究

汤庆勇

摘 要：矿井数字化、信息化、现代化建设中，煤矿胶带机性能的逐渐完善使其在煤矿的安全生产和安全运输过程中发挥着举足轻重的作用，然而其生产与后期维护成本也持续增高。采用PLC作为煤矿胶带输送集中控制的核心，成功实现了煤矿胶带机运行过程中的故障自动监测，提高了系统的可靠性和工作效率，降低了运行成本。本文对煤矿胶带机PLC集中控制系统设计研究进行简单分析。

关键词：煤矿;胶带机;PLC;监控系统;设计

中图分类号：TP277;TD633

胶带运输系统是目前国内外煤矿煤炭生产运输的主要形式，其具有长运距、大运量、连续输送等特点，是煤炭安全高效开采的关键设备。提高胶带运输系统自动化水平，实现安全、高效运行，是现代化矿井自动化生产的发展趋势。随着各项先进技术的应用，已经能够实现煤矿胶带机工作过程中的集中控制以及自动化控制，但随之增加的是煤矿胶带机的制造成本以及运行成本，对其集中控制系统进行有效的研究，减少其运行成本，提高其经济效益是非常必要的。

一、控制系统组成

系统主要由地面上位机、传输网络、井下各胶带输送机单机电控及保护、视频监测四部分等组成。

1.地面上位机

配置两套工控机，放置在地面集控室，采用研华品牌工业级计算机，并配备组态、IP语音广播软件。

2.传输网络

可利用矿井已有工业环网亦可重新建设，本设计为利用矿井已由工业环网。

3.胶带机电控及保护

井下胶带机机头配置隔爆兼本安型控制箱作为控制核心，内置西门子S7-1200系列PLC，PLC内部结构构造模块化的设计，监控系统是实现装配在胶带机转速场所的多种敏感性矿用胶带机保护传感器传出的开关量或模拟量信号完成对应的分析，依据分析所产生的结果对自动控制胶带机的安全运转检测，从而形成对煤矿胶带机的准确控制。

4.皮带机头、机尾、卸载口、搭接处等地点安装高清网络摄像仪，就近接入矿井环网，利用地面配置的网络硬盘录像机实时监控视频画面。

二、控制系统硬件设计

在各胶带输送机机头设置1台矿用隔爆兼本安型控制箱作为该条胶带机的主控制器，系统控制/返回运行信号在控制箱内部可实现本非安信号转换。此外在胶带机机头安装有烟雾、速度、堆煤、张力、滚筒温度、电机温度（PT100）、洒水等保护传感器和矿用通信信号装置（主机）。胶带机沿线每100米处安装一台矿用本安型急停闭锁开关，沿线每200米处安装1台矿用本安型急停闭锁开关和矿用通信信号装置（分机）。在机头安装、机中、机尾、变坡点地方各安装1对跑偏传感器。在机尾安装1台纵撕传感器，。在张紧装置钢丝绳上安装1台矿用张力传感器。在落煤点、机头、机尾等关键点配置矿用高清网络摄像仪。在胶带机机头配置1台矿用通讯信号装置（终端）。

沿线急停闭锁设备通过8芯电缆连接，并通过钢丝绳连接进行闭锁拉停操作。

煤仓上口安装一台矿用隔爆兼本安型雷达料位计，用于测量煤仓煤位。

给煤机由1台多功能控制驱动器控制，多功能控制驱动器通过电缆接入就近的矿用隔爆兼本安型控制箱。

胶带机控制箱内以太网网口光口就近接入矿井工业环网。

三、控制系统软件设计

软件采用梯形图编程，据模块化原则划分为相对独立的功能块。系统开机以后，首先检测工作状态选择按钮，若处于工作方式，则进行正常的运行;若处于检修或事故状态，则转入相应的功能块。

PLC控制箱内置RS485模块，连接各胶带机驱动设备的RS485通讯接口，根据点表，通过编写通讯程序，读取各驱动设备的电流、电压、频率、功率等设备运行参数。

各胶带机就近接入矿井环网，各控制器PLC的CPU之间通过通讯，相互之间进行数据传输，可用来处理各胶带机之间联锁关系，通过编写相应的程序，实现各胶带机一键逆煤流或顺煤流启动，一键顺煤流停止。

四、控制系统控制方式

系统应具有远控、就地自动、就地手动三种工作方式

（1）远控：地面或井下集控主机实现所有参控皮带的集中控制。

（2）就地自动：胶带机的起停由其控制器控制，完成设备启停和皮带保护。

（3）就地手动：胶带机各设备可通过控制器上的按钮单独操作。

五、控制系统主要功能

1.控制功能

起动：接到起车指令后，首先应以语音方式发起动预警告，然后按胶带机启动工艺流程按顺序启动各台受控设备。

停车：接到停机指令后，各设备应按控制工艺自动停车。

紧急停车：接到紧急停机指令或出现停车保护故障信号后，应能立即紧急停车。

联锁控制：与前后皮带及给煤机自动联锁运行，所有相关设备可一键逆、顺煤流启动，顺煤流停止。

2.运行工况显示

胶带机的状态信号：具有显示各电机的开停状态，运行状态等工况的状态显示功能。

具有显示胶带机跑偏、闭锁、纵撕、超温、打滑、烟雾、堆煤等故障信号的显示和报警功能。

具有对胶带速度、电机电流、煤仓煤位、皮带张力、电机轴承温度、滚筒温度、闭锁位置、跑偏位置等模拟量显示功能。

系统具有报警信息查询、历史数据查询、实时历史曲线查询及报表打印功能。

3.语音通话功能

沿线闭锁扩音电话具备语音通讯语音通信功能，实现胶带机沿线起动语音预告、各保护故障语音报警、打点信号联络以及沿线语音通讯功能。

通过地面工控机语音扩播软件可与井下各胶带机机头及沿线进行实时语音通话。

六、结语

（1）采用PLC控制核心，确保系统的功能、性能优质，运行可靠。

（2）由于PLC系统的灵活性，可方便地通过改变应用软件随时改变工艺参数，增加控制功能。

（3）系统软件和硬件配置及系统结构具有前瞻性。一方面，在考虑配置时，为系统今后的完善、提高留有充裕的扩展容量;另一方面，系统必须具有灵活的网络结构。

参考文献

[1]李定波.煤矿胶带机PLC集中控制系统的设计[J].内蒙古煤炭经济，2019（7）.

[2]裴建新，李江，胡文全.煤矿胶带机PLC集中控制系统的設计初探[J].科技风，2018（10）.

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