皮带自动化集控技术在北皂煤矿的应用

摘要：众所周知，近20年来，以微电子技术和信息技术为先导的高新技术成果正迅速渗透到煤炭领域。北皂煤矿作为我国第一个海底采煤的现代化矿井，以建设一个高科技含量的综合自动化系统为奋斗目标，运输系统实现了高标准的自动化控制和监测的建设，实现了岗位无人值守。

关键词：运输系统自动化控制无人值守

一、前言

1、PLC在工业自动化的应用情况

目前，PLC处于工业自动化控制领域的主战场，适合于当前工业企业对自动化的需要。随着PLC控制组态软件技术的诞生与进一步的完善和发展，安装有PLC组态软件和基于工业PC过程控制系统正在逐步得到发展，对于控制软件来讲是PLC控制器的核心，向工业用户提供开放式的编程组态工具软件。此外，开放式通信网络技术也得到了突破，其结果是将PLC融入更加开放的工业自动化控制。

2、北皂煤矿自动化建设情况

2009年至今，北皂煤矿对信息化建设进行了总体规划设计，并把打造“数字化矿井”作为矿井建设的重点工程之一。北皂矿原煤运输线长、环节多，主运输系统由16部胶带运输机组成，每部设备都需专人专岗进行操作，为提高矿井装备现代化水平，我矿经多方考察论证，与煤碳科学研究总院常州自动化研究所、上海申地自动化有限公司、中国矿业大学等单位合作，选用煤碳科学研究总院常州自动化研究所研发的KJD2系统、工业电视监系统和中国矿业大学制作的北皂煤矿自动化平台，对主运输系统实施了自动化集中控制改造。

二、北皂矿皮带集中控制系统性能分析

根据我矿的实际情况和集团公司指示，集控系统采用全分布式集散型系统结构，由地面自动化控制平台和井下监控主站和分站构成，自动化控制平台位于地面集控中心，自动化控制平台与井下监控主站通过矿井工业以太环网联接，由地面自动化控制平台控制井下监控主站和分站。控制分站负责现场设备的数据采集和控制，配合工业电视监测系统，通过自动化控制平台实现对整个胶带运输系统的集中控制。

（一）监控主站性能

1.工作方式。必须具有：远程集控，就地集控、就地自动、就地手动等四种工作方式。

2.控制功能。a.集中控制胶带机起动运行；b.集中控制胶带机正常停车；c.集中控制胶带机急停

3.显示功能。状态显示、故障指示、模拟量显示

（二）分站性能

1.工作方式。监控分站应具有：远控、就地自动、就地手动、现场编程四种工作方式。

2.控制功能。分站采用本安型可编程控制器（PLC）作为主控制器，完成胶带机的运行、保护、通讯、信号和显示功能。具有以下功能：起动、停车、紧急停车、联锁控制。

3.显示功能。可分为：状态显示、故障指示、模拟量显示、汉字显示。

（三）检测与保护

1.胶带跑偏保护；2.速度检测、打滑保护；3.沿线急停闭锁和故障位置检测；4.堆煤检测；5.烟雾检测；6.温度检测；7.洒水控制装置；8.煤仓煤位检测；9.胶带纵向撕裂保护；10.开关电流检测

（四）通信信号联络

每部皮带根据皮带的长度配有不等数量的多功能扩播电话。

（五）系统通信结构

各分站通过屏蔽电缆与井下监控主站相连，各井下监控主站通过二芯屏蔽电缆与井下环网交换机相连，将各分站的信号通过地面环网交换机传输到地面监控中心。

三、皮带自动化系统在煤矿的应用

1、应用目标

(1) 应用计算机技术、网络技术、信息技术、控制技术、智能技术和运输流程，实现企业的经营、生产决策、安全生产管理和设备控制等信息的有机集成。(2) 减人增效，提高企业经济效益和竞争能力。(3) 实现生产环境、生产设备及过程实时监控，实现以技术保安全。

2、系统功能

（1）在每个煤流的第一条胶带机设置一台主控制台，实现对该煤流所有皮带的监控及接收上位机发送的命令；每条胶带机均配置一个KJD5可编程控制器，可以就地控制胶带机及接收主控制台发出的控制命令。所有煤仓上均装有超声波料位计，实时监测煤位。（2）所有胶带机均设有两级跑偏开关，每200米设置一对跑偏开关，用于故障报警和故障停车。所有胶带机均设有紧急闭锁开关，用于紧急情况下的停车。（3）在搭接皮带的后皮带机头设置堆煤传感器，防止发生堆煤事故。（4）在皮带巷道内设置烟雾传感器。（5）在皮带机的主滚筒设置温度传感器，并配备自动散水装置。（6）胶带运输机每隔约200米设启动告警装置。（7）实现给煤机与皮带及煤仓煤位的联锁，可以根据本煤仓低煤位、前煤仓高煤位自动实现开停。（8）操作方式：操作方式有遥控、集控、就地自动、就地手动等方式。（9）流程启动。胶带启动按逆煤流方向，以防止前级皮带未启动后放已经运煤；停止时按照顺煤流方向。

四、系统采用技术

（一）工业以太网

以太网有以下优点：(1)具有相当高的数据传输速率(目前已达到100Mb/s)，能提供足够的带宽；(2)由于具有相同的通信协议，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT(信息技术)世界；(3)能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；(4)在整个网络中，运用了交互式和开放的数据存取技术。

（二）现场总线

现场总线是指在生产现场的测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信、完成测量控制任务的系统，这种开放型的工厂底层控制网络构造了新一代的网络集成式全分 布控制系统，因而又被誉为自控领域的局域网。

（三）光纤通讯技术

光纤通讯技术的特点是：具有传输频带宽、速率高的显著特点，被现代网络通讯广泛使用；具有较高的抗电磁干扰和抗雷电袭击的能力，被广泛地应用到工业自动控制场合。

五、系统应具备的技术指标

KJD5矿用本安型可编程控制器（PLC）。

六、自动化系统所具有的特点

（1）选用先进的控制器，系统的实时性好，可靠性高，数据处理速度快；（2）采用全分布式控制结构，系统具有较高的安全性。当地面部分出现控制故障时，井下部分仍可实现集控运行；（3）通讯网络速度快，距离远，可靠性高；（4）界面直观友好，操作简便，功能齐全。（5）减少布线成本，由于采用远距离通讯网络，使布线更加方便，并大大减少电缆用量；（6）维护方便，运行费用低。系统扩展方便，可随时增加节点，并可通过网络由中控室在线修改程序。（7）总结各矿胶带运输系统的经验教训，特别采取了增加设备可靠性的措施，如选用先进可靠的控制器和网络产品。