吴寨矿井下胶带机运输集中控制系统设计

摘 要 煤矿井下运输系统对矿井正常生产具有很重要的作用。因此保证井下运输系统可靠安全运行，需对皮带机进行集中监控。本文以吴寨煤矿井下西翼皮带机为背景，以PLC技术为核心设计的集控系统，提高了运输系统的监测与控制；以上位机与下层控制设计的皮带PLC设备的通讯，实现了井下皮带集中控制、实时数据传输与报警，进一步提高了矿井生产的安全性。

关键词 胶带输送机；S7-300；集中控制系统

中图分类号：TD63 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0018-02

随着近年来自动化控制技术的发展，煤矿井下运输系统发生巨大变化，皮带运输系统是由数条皮带搭接或由煤仓转载而形成运输系统，因为皮带机的时控能力有很大变化范围，输送距离远、运转时阻力比较小等特点，所以其适应性能力强、运输平稳可靠、消耗动力比较小、机件的磨损度小等优点，因此，吴寨煤矿设计首先在地面及井下建立工业以太环网，在井下设计安装4台矿用隔爆兼本安千兆环网交换机，在地面通风机房、压风机房、变电所内安装4台罗杰康核心交换机，井下西翼六条胶带机，已完成集中控制。

1 系统设计

吴寨矿需要集中控制的皮带共有6条，针对控制点分散、环境比较恶劣的现场条件，系统结构采用的现场总线技术为PROFIBUS-DP，达到主从系统结构。系统以PLC为控制主站，在6条皮带设计就地箱配备的I/O ET200M为从站，一共为6个从站。为了方便系统接入，设计在每个操作流程中，根据各条皮带的煤流方向分为逆开顺停，每条皮带存在着闭锁关系；在每个流程设置一个西门子300系列PLC作为主站，安装在井下西翼第一部皮带机头PLC机柜里，其它皮带的西门子200系列作为从站，给每个200系列PLC配置一个CP243模块和EM277模块，主、从站间通过光缆进行连接，在西翼第一部皮带机头将200PLC与300PLC连接，第二部皮带到第四部皮带的200 PLC与300 PLC通过工业以太环网交换机连接，主站由调度室直接集控；调度室集控中心采用两台服务器作为控制主站，流程中的胶带可由程序进行闭锁控制。井下四台设备安装地点分别是已17中部、下部变电所、东翼及中央变电所；地面四台设备是主井车房、储装运车间、地面机房两台罗杰康交换机。

1.1 皮带机集控系统的功能

1）本系统有集控、就地、检修三种工作模式。系统一般在集控模式下运行，系统根据皮带前后的闭锁关系自动开启停止，并检测每台保护设备状况；检修其工作模式运行的时候，可手动控制启动/停止皮带。在就地工作运行时，手动操作按钮开启/停止皮带。

2）在进行程序设计时，故障信号会按照程序自动进行保持，如果发出故障信号，服务器仍保留信号故障状态，此时使用复位指令可清除故障保持信号。

3）系统具备皮带机机头超温洒水、沿线急停、机头堆煤、烟雾、低速打滑、滚筒超温和跑偏等多种保护。

1.2 胶带机集控系统结构

本系统由集控操作台、PLC控制柜、就地控制箱、执行器及各类保护传感器组成，实现单个系统里多个设备、多条皮带全程监控，从而构成一个完善的皮带集中控制系统。

使用SIEMENS公司S7-300系列PLC作为核心控制器件，实现上、下位机通信，检测传感器件和被控设备信号，对皮带机的实现集控；在PLC控制箱内部主要由电源模块、S7-300 PLC模块、连接线端子、电源变压器及各类模块组成。

2 硬件设计

胶带是煤炭运输中的重要设备，有效的监测胶带运行状况、故障，及时采取预防措施，可避免重大事故发生。胶带常见故障有：跑偏、打滑、超温、超速、断带、纵撕、烟雾、堆煤等。

2.1 中央处理单元

SIMATIC S7-300提供了多种不同性能的CPU模块，模块负责完成执行用户程序及提供5V直流电给S7-300背板总线，同时通过MPI接口与编程装置及其它中央处理器通信。

2.2 各功能模块

在硬件设计中采用了电源模块、信号模块、接口模块、功能模块。

3 系统软件实现

组态软件使用：

1）开启组态软件。

点击桌面生成的平台图标，选择要开发的节点，进入系统。

点击继续即可进入应用系统登陆界面，或者点击桌面上的吴寨煤矿组态软件快捷方式，打开组态软件。

2）进入系统主画面。

主界面为所有主要被控设备页面，同时显示各设备的主要保护和保护的报警等，主要完成各主要设备的流程控制和状态显示。

图3 吴寨矿西翼皮带集控设备界面

PLC通信标志说明：PLC通信标志为系统和下位机的通信是否正常，绿色代表通信正常能够进行控制，红色代表通信失败。失败情况有两种可能性：PLC断电，或是通信线路问题。

监测说明：主界面主要是用于检测皮带的运行，其中上半部分为井下皮带，下半部分为地面储装运皮带。当皮带下方的指示灯为红灯说明皮带没有运行或者是故障，当指示灯为绿色时说明皮带正在运行。

3）皮带信息。

皮带信息包含四部分信息，“西翼传感器设置”、“传感器报警查询”、“操作记录”、“设备开停记录”以及“历史曲线”。

4 结论

吴寨矿井下胶带机集控系统本着安全可靠，操作简单的原则设计，配合视频监控能够做到安全稳定的运行，便于操作员操作，简单的几个画面就能够完成对井下西翼六条皮带等设备的控制及对各个设备运行状况的实时监视，它的建成既提高了煤矿的生产和管理效率，又节约了成本，对煤矿安全生产、规模扩大、技术管理水平不断提高具有重要

意义。

基金项目

江苏省科技成果转化资金项（BA2010058）

参考文献

[1]胡学林.可编程控制器教程（提高篇）[M].北京：电子工业出版社，2005.

[2]廖常初.大中型PLC 应用教程[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]西门子公司.SIMATIC S7200可编程控制器系统手册[M].2004.

[4]吉顺平.西门子PLC与工业网络技术[M].北京：机械工业出版社，2008.

[5]高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例[M].北京：人民邮电出版社，2004.

作者简介

康亚飞（1984-）男，汉族，江苏省如东县人，助理工程师，本科，研究方向：煤矿井下通信。