煤矿皮带运输集控系统的设计

摘 要 目前，国内各大煤矿基本实现了机械化生产，为确保相关设备的安全、稳定、可靠运行，应结合具体的生产工艺，设计控制系统。基于此点，本文首先对煤矿皮带运输集控系统的需求进行简要分析，在此基础上对煤矿皮带运输集控系统的设计要点进行论述。期望通过本文的研究能够对煤矿生产能效的提升有所帮助。

【关键词】煤矿皮带 运输集控系统 设计

1 煤矿皮带运输集控系统的需求分析

煤矿生产过程中，皮带运输是不可或缺的重要组成部分之一，为确保煤矿高产高效目标的实现，应对皮带运输全过程进行集中控制，这一目标可通过皮带运输集控系统来完成。在对皮带运输集控系统进行设计时，应当满足如下需求：

（1）系统应当能够实现对皮带运输全过程的监测与控制，并完成对相关设备的操作及调度；

（2）应当保留皮带运输系统中所有设备的就地操作功能，以此作为事故的预防措施；

（3）设计出来的集控系统应当达到工业自动化控制的基本要求，可实现无人值守的目标；

（4）系统应当能够对生产工序的安全参数进行实时监控；

（5）系统能够实现皮带运输设备的稳定、匀速运行。

基于上述需求，下面本文重点对皮带运输集控系统的设计要点进行论述。

2 煤矿皮带运输集控系统的设计要点

2.1 总体设计思路

在对煤矿皮带运输集控系统进行设计时，可将皮带机头操作室设为集中控制室，并在其内安放监控机、交换机等设备，用光纤以太网与地面调度中心进行网络连接，监控主机则利用以太网与现场的PLC进行连接，实现通信。同时，可在集中控制室内安装PLC控制主站和1#控制分站，对皮带等设备进行控制。由于电缆的长度增加会导致传输信号衰减，故此，可在皮带煤仓顶设置2#控制分站，以此来对煤仓皮带进行控制，并对仓位进行监控；可在井下皮带机尾处设置PLC分站，借此来对给煤机和皮带机尾段进行控制，并在皮带沿线上设置相应的保护装置，对皮带运输过程进行实时监控。

2.2 设计要点

由于煤矿运输区的现场环境较为恶劣，在充分考虑矿用设备安全性的前提下，通过经济技术性比选后，决定选用西门子公司研发的S7300系列PLC作为集控系统的控制处理器，基于主分站的模式，借助工业以太网实现数据互传。下面对该集控系统关键部分的设计要点进行论述。

2.2.1 控制主站的设计

控制主站是整个集控系统的核心，本系统设计中，选用的是S7-300系列PLC，它采用的是当前较为流行的模块化设计，具体由以下几个模块组成：CPU、电源、通讯及可扩展模块等等。按实际需求，在控制站内安装了CPU和电源两大模块。

2.2.2 控制分站设计

由于皮带机在地面和井下均有布设，基于这一特点，在系统设计中，分别在地面和井下设置了控制分站。

（1）地面分站。为便于维修，并考虑煤矿连续生产的需要，结合供电分布，对控制分站设备进行了分区域设置。在集中控制室和煤仓顶各设置了一台PLC分站，皮带运输集控系统借助安装在现场的传感器设备完成相关信号的采集，主要包括以下几类信号：DI、DO及AI。鉴于此，在地面控制分站的设计中，可通过PLC上自带的接口模块及接线端子实现传感器与CPU之间的信号互传。同时，主站PLC的CPU自带两个以太网接口，一个可与监控上位机进行连接，与组态软件实现通讯，另一个接口可实现与分站接口模块之间的以太网通信。

（2）井下分站。本文所设计的集控系统主要是为了对煤矿皮带运输全过程进行控制，系统的基本控制思路是地面为主、井下为辅，鉴于此，井下控制分站主要是对给煤机和井下皮带机进行监测控制，其设计方法与地面分站的PLC设计方法基本相同，只是安装位置不同，故此不进行重复叙述。

2.2.3 传感器布设

本文所设计的集控系统中，传感器的主要作用是对皮带输送机的运行情况进行检测，并将检测的相关数据发送给控制站的PLC。在对传感器进行具体布设时，应当结合煤矿井下皮带的实际情况，从而确保传感器布设的合理性。可在入筛皮带、上仓皮带机头等位置处分别设置速度传感器、温度传感器、烟雾传感器等，同时可在井下皮带机头段安装一个撕裂传感器，并沿着皮带走向，每间隔100m的距离安装1个急停闭锁开关。在对传感器进行设置时，一方面要确保所选的传感器符合矿用要求，另一方面还要保证传感器的性能，从而使其作用能够得以最大限度地发挥。在本系统设计中，重点对作业危险性较高、环境极度恶劣、运输距离较长的皮带进行故障识别，当传感器发出报警信号后，可在较短的时间内获悉皮带的故障情况，由此可为维修人员的快速处理提供可靠依据。

2.2.4 设置环网

在本系统中，PLC主站与分站之间的通信是基于工业以太网来实现的，由于皮带运输的距离较长，从而使得各个控制设备间的距离相对较远，为确保通信的可靠性和稳定性，可在具体设计时，在每个设备内配置一个小型的光电交换机，利用光电信号的转换，相关设备由光纤进行连接，以两两相连的方式组成一个带有冗余的环网结构，由此，当集控系统中的某个设备发生故障或是因意外情况导致供电中断时，其它设备之间仍可保持正常通信，不会对系统的运行造成影响。集控系统借助主站内的网络交换机与井下信息化平台的网络交换机进行连接，并将监测到的数据传送给地面调度中心，以此来实现主站PLC与监控计算机的实时通信。

3 结论

综上所述，本文在简要分析煤矿皮带运输集控系统的需求的基础上，对系统的设计要点进行了论述。该系统设计完成后，在某煤矿中进行应用，自系统投入运行后，煤矿皮带运输的稳定性较之以往获得大幅度提升，各种故障也随之减少，突发性故障问题的恢复时间显著缩短。由此可见，该集控系统的作用非常突出，具有一定的推广使用价值。

参考文献

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作者单位

开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司单侯矿 河北省张家口市 075700