高可靠性井下带式输送机机群集中控制系统的研制和应用

添加人：admin 发布时间：2015/10/27 10:24:03 来源：中国破碎机网

　　自上世纪80年代以来，随着电子技术、计算机技术、通信技术的快速发展，对胶带机综合保护装置的研制也一直不断地进行着，从纯模拟电子系统到数字系统、再到目前的计算机系统，从单台的控制系统到多台的集控系统，有价格相对较贵的PLC构成的系统和低廉的单片机应用系统。尽管市场上有着各式各样方案构成的集系统，但发展的方向是一致的，那就是朝自动化、智能化、信息化的方向发展。受某企业的委托，笔者研制了一套结构简单、价格合理、自动化程度较篼的胶带机集中控制系统。
　　国内煤矿井下煤炭运输一般采用带式输送机，通过传统的分立元件和继电器控制，设置专人专岗进行操作，不仅生产效率、人员利用率低，而且运输可靠性差，并且出现运行故障或安全隐患时不易察觉。严重制约了带式输送机安全经济、可靠运转。随着科学技术的进步，带式输送机逐步采用单片机或可编程控制器、工控机以及以RS*485或232通讯模式的自动控制系统，多数上位机采用组态软件或C语言编程。由于煤矿井下环境差、现场条件复杂，多数系统存在井下控制中心以及通讯可靠性差、传输距离短、控制方式单一、上位机控制画面单调等特点，同时存在控制网络小，可靠性不高等现象。
　　国外大型胶带输送机的控制都已采用可编程序控制器PLC开发了先进的程序软件与综合电源继电器控制技术以及数据采集、处理、存储、传输，故障诊断与寻等完整的自动监控系统。该类系统除了自动监控输送机的可控起（制）动、带速同步与功率平衡外，还对各种保护与安全装置、输送带张力、传动滚筒与托辊轴承温度、输送带接头强度、输送量计量等实行监测。
　　2系统主要实现功能系统开机时，首先发预警信号并维持3s后通知系统中的各条胶带。为保证整条胶带系统不发生堆煤故障，由靠近煤仓的胶带先启动，然后再通过信号联络（通信），依次向前通知上条胶带启动。停机时从最后一台依次自动停机，每台延时1条胶带的运行时间。
　　留有原有的手动控制，使在检修时可任意开停1台或多台检修胶带（其它胶带停机）。
　　滚筒表面温度超过设定的温度值时，应立即停车。报警值可在0991C任意调整。
　　胶带的速度超过设定值，应立即停车；胶带的速度低于设定值时（启动时除外），也应立即停车。速度的上下限值均可任意调整，滚筒的直径参数可根据现场情况输入，滚筒上所贴磁钢的个数也可设定。
　　某台机头下发生堆煤，应使本台及后面各台胶带机立即停车。
　　发生烟雾时断电停车，并启动自动洒水装置。
　　当C0浓度超限时停车，并启动自动洒水装置。
　　对机头及机尾左、右4个点的跑偏进行检测。跑偏分两级：当跑偏较小时，只进行报警但不停车：当跑偏达到设定的二级位置时，应立即停车。
　　可利用急停开关实现紧急停机并闭锁，停车后，由人工解除闭锁才能再次启动。
　　胶带的速度、滚筒的温度值采用数字显示，胶带的各种保护状态用指示灯显示，故障时能显示故障类型。
　　3技术实现原理及方案3.1系统构成由于井下巷道的地质条件比较复杂，加上电动机功率的限制，井下运输系统一般由多条胶带构成。根据现场的实际情况，参与集中控制的各条胶带必须具有分台控制的功能，可自动监测运行情况。因此，在各条胶带机的机头还必须设置独立的智能综保仪控制设备。
　　目前，构成胶带机集中控制系统的方案大都采用主从式结构。本系统设计中，省去了主机的概念，采用各智能综保仪相互串连的方式实现了自动化程度较高的集中控制，系统结构如所示。该智能综保仪的设计采用单片机系统方案。
　　机尾第一条胶带智能仪1机头CI第二条胶带智能仪2胶带机集中控制系统结构示意图智能综保仪的电气原理如下所示。
　　胶带机机头要求被保护的对象有烟雾浓度、C0浓度、撕带、堆煤、跑偏、滚筒温度、胶带速度等，传感器产品选用己在胶带机分台控制中成熟应用的定型产品。这些保护对象的传感器的输出，从所示的堆煤信号到复位信号全是开关信号，只有速度信号和温度信号是脉冲信号。速度信号是通过贴在滚筒侧面的磁钢与霍尔元件得到的脉冲信号；温度信号是采用了自己研制的红外热电堆温度传感器测得，其输出是与温度有一定关系的频率信号。
　　本系统能实现各胶带机胶带的高低速度、滚筒温度、机头烟雾、C0浓度、堆煤以及跑偏等各种保护功能，还兼有与前后胶带机智能综保仪通信的功能，使整个系统具有逆煤流启动、顺煤流延时停车功能。
　　结构简单，自动化程度高（逆煤流启，顺煤流停）：智能综保仪可监可控，组网灵活；安装简单、调试方便，维护检修容易。
　　该系统符合国家对煤矿安全生产的要求，经济效益良好，具有一定的推广价值。
　　3.2硬件设计考虑每条胶带的各类传感器分布具有一定的分散性，而煤矿现场的电磁环境比较恶劣，因此，在各传感器信号送至CPU处理前，对传感器的输出信号全部采取了光电隔离措施。考虑上面中所示的堆煤信号到复位信号的实时性要求不是很高，采用CPU巡检的手段能够满足现场的需要。为节省CPU的I/O资源，采用了十六选一的多路开关CD4067.需要说明：跑偏信号的完整输出实际上比较复杂，包含了左右、头尾、一二级跑偏共8个信号：温度传感器、速度传感器在测量时需测量整个脉冲（或多个脉冲）的宽度，为保证速度数据和温度数据的准确性，这两个信号直接接至CPU的两个中断信号输入端。
　　模拟量开关传感器1开关传感器N智能综保仪的硬件原理设计选择CPU时主要考虑智能综保仪既要满足与上一条胶带的综保仪进行信息交换的需要，又要满足与下一条胶带的综保仪进行信息交换的需要，因此选择具有双串口的77E58.该芯片的主核为80C52，内置可编程WATCH2D0G，具有12个中断源、32KB的内ROM、1KB的内RAM、双数据指针等。
　　存储器用来存放智能综保仪的各种参数，包括温度报警值、速度上下限、滚筒的直径、滚筒侧面的磁钢数量等，这些参数的特点要求存储器具有非易失性，考虑体积、价格等因素，设计中选用了具有I2C总线结构的串行EEPR0MAT24C01.键盘主要用于在现场调试时设置各种参数，内置在综保仪的腔体内。操作键盘必须有密码支持，否则为无效操作。
　　显示电路包含LED数码管显示和状态指示。正常情况下数码管显示胶带的速度（1位整电源电路通信电路控制输出储存器电键盘\显示多路开关光电隔离数和1位小数）和滚筒的温度（2位整数），在调试时显示当前设置参数的数字量。状态指示采用双色平面Lro管，当发生保护故障时，对应的LED灯指示红色，而正常时指示绿色。
　　显示器的驱动电路采用价格便宜的移位寄存器74HC164实现。
　　控制输出电路的输出包括在胶带故障时发出的停车信号、在C0浓度、烟雾浓度超限时启动的洒水信号、在满足本条胶带启车条件时给主回路发出的允许启车信号等。控制输出电路采用三极管驱动继电器实现。
　　考虑各通信电路，胶带间有一定的距离，采用RS485总线。如将多部胶带机的智能综保仪都挂接在同一条总线上，由于网络的长度超过标准的1200m，不符合该总线标准，因此，每个智能综保仪的通信电路均设计为2个RS485总线的结构，向上连接上一部胶带，向下连接下一部胶带。每条通信电路实际上构成的是点对点的结构，这正是笔者选择77E58的原因所在。
　　智能综保仪工作在全自动状态还是手动状态，由壳体前面板上的开关位置决定，中未标出。关于电源，考虑现场的需要，采用了隔离变压器，且多组电源二次间亦相互隔离。在智能综保仪的腔体内还有真空磁力开关，它由前述控制输出电路中的停车继电器控制，用来控制胶带机主回路的通断。
　　3.3软件设计智能综保仪的软件主程序流程图如所示。上电后，首先从串行存储器AT24C01中读出系统参数，包括温度、速度报警值以及滚筒直径、磁钢数目等，然后从系统板上的工作/调试开关位置判断胶带的工作状态，并根据状态转入不同的处理程序。由于设计的综保仪既可独立使用，又可联机使用，因此，在程序中设置了联机还是单独使用的判断，用于确定是否上下通信传递各胶带机的运行信息，从而达到逆煤流启、顺煤流停的效果。
　　所示的流程已作简化，如停车时和开车时的检测保护信号类型是有差别的，停车时的速度保护是不存在的，启车时的速度尽管低于低速报警值，但也不会产生报警信号。
　　从的流程还可以看出，通信程序在集中控制系统中是比较重要的一环，只有通过接收上下胶带的通信命令，本条胶带才能作出是否立即停机、延时停机、还是重新开机等的判断。系统软件还有测速子程序、测温子程序、键盘/显示子程序、报警控制子程序、读写存储器子程序等。
　　充分利用原有PLC系统现场接线进行布线、接线。开、停车预告增加一套PLC输出连接的报聱系统，以增加开停极机的安全性、可靠性。该集中控制系统可实现设备按逆煤流方向成组或逐台顺序起车，顺煤流方向成组或逐台顺序停车。在起车和正常运行中，各设备之间设有电气联锁。在非常情况下，控制室能实现紧急停车，在任何控制方式下，现场都能就地停车。在集中控制方式时，参加集控的各种设备必须预先打到集控位置，起车前，由控制室向现场发出起车预告信号，经延时，系统中各设备按闭锁关系和时序的要求自动起车，在向现场发送预告信号和系统起车过程中现场和控制室均能撤消预告信号，终止起车过程，并发出报警信号。当设备故障时，一般事故只能报警，但对影响设备运行和人身安全的事故同时具有停车功能。
　　软件主程序流程结论计算机集控系统能极大地提高煤矿企业的生产效率和经济效益。能解决日前厂矿企业集控、调度管理系统相互脱节，无法充分发挥效力的缺点，先进的检测，监控技术，不仅能缩短找故障的时间，而且能起到对故障进行预测，解除的功能。