XX煤业煤流集控系统研究与设计

1、XX煤业煤流集控系统设计与应用摘要：为了有效地预防和及时处理各种由皮带引起的突发事故和自然灾害，同时实现资源优化，节约人力成本，本文研究了基于工业以太网煤流集控系统的网络架构及实现原理，以及在XX集团XX煤业中的应用。应用结果表明本系统的实施实现了矿井煤流皮带的数据采集、生产调度、经营管理、决策指挥的自动化、信息化、科学化。关键字：工业以太网；煤流集控；自动化；信息化0引言煤炭是我国的主要能源，又是重要化工原料。而在今后相当长的时期内，煤炭仍是我国的主要能源。尽管近期经济发展的调整导致煤炭行业的不稳定性较大，短暂的市场萎靡，但仍改变不了市场对煤炭的需求。随着我国经济社会的不断改革和发展，根据目

2、前的市场形势，以及对未来煤炭行业发展趋势预判，煤炭工业必须将高速、持续、科学的向前发展。随着科学技术的飞速发展，生产、经营信息的信息量与日俱增，建立智能管理信息系统，是企业应用计算机实现整体优化的必由之路。实现信息化有利于提高矿井的安全生产和现代化管理水平，从而提高企业的效益和竞争能力。以信息化、自动化和智能化带动企业发展，提高企业竞争力，实现安全监控检测信息的集成与发布、生产信息的集成与可视化、各种管理信息系统的规范与集成、综合办公自动化体系，实现企业党务、政务、物流、安全、生产、销售、财务等各个环节的全面信息管理。为此，就必须利用信息技术改造传统生产模式，实现矿井综合自动化、生产指挥现代化

3、和办公自动化。矿山运输是煤炭生产过程中必不可少的重要生产环节。矿井运输担负着将工作面采出的煤炭运送到地面装车，将掘进出来的矸石运往地面矸石场。合理的使用煤流运输系统可以实现安全、可靠、经济、高效地运转。对保证矿井安全高效地生产，对提高煤炭企业的经济效益和促进经济社会的可持续发展，都具有重要意义。煤流系统的设计要充分结合矿井的实际情况达到安全、可靠、经济、高效的运行系统。由于煤矿现场环境复杂，工作环境恶劣，安全隐患高，在煤矿井下的众多错综复杂的皮带相对独立，功能分散，而传统的煤流控制系统形成了大量的工作岗位及人员配备，造成了材料、管理、人员的浪费。另外，由于井下皮带的相对功能独立，很难做到彼此之

4、间的协调工作，因此造成各个专业口的断链，不利于生产效率的进一步提升。因此，我们应尽可能减少资源浪费、简化系统、条高效率、以便安全生产提高经济效益。本文研究了基于工业以太网控制架构及实现原理，并给出了在华电集团石泉煤业中的应用。煤流集控系统的规划与设计，目的实现自动化和信息化建设，摆脱传统工作架构模式，实现新的工作方式，提高生产效率，降低安全隐患，避免减少人员值守，以防止减少人员伤害的发生。实现各个皮带的联动，同时达到信息管理资源的共享。在技术上建立规范及统一的标准。力求使矿井各皮带实现异构条件下的互联互通与资源共享，并从资源统一管理、协调综合应用方面最大程度的避免重复投资及资源浪费，减人提效，

5、提高生产效率。首先在技术方面，建立了统一的标准和规范，其中包括信息标准、业务流程、系统设备配置、系统软件、通信技术、指标体系；在实施过程方面，统筹规划，统一组织，分步实施，急用先建，突出重点，慎重投入；在内容方面，充分利用和依靠现有设备、人员和工作基础，满足实际需求，兼顾长远发展；另外在管理机构方面，统一管理，统一人员配置，精简机构，完善功能。1网络架构企业综合自动化、管控一体化随着经济的发展和集成控制技术的进步逐渐成为了企业生存和发展的必由之路。以太网技术的出现可以方便地实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接，并且可使电子商务与工业生产控制紧密结合，从而实现企业管控一体化。华电集团石泉煤

6、业立足信息化大前提，在保证系统的先进性、安全性、可靠性的同时，以工业以太环网为通信平台，利用PLC控制并辅以工业电视图像监视，实现了皮带运输系统的地面远程集中监测监控。设 备 层Intranet管理网络（信息层）离散设备工业以太网过程设备图1三层网络结构示意图控制层信息层骨干网络的可靠性和安全性在企业网络系统的技术改造设计时是第一位的。工业以太网整合了以太网技术（包括环型冗余技术、链路聚集技术等）、嵌入式系统技术等最为先进的网络技术，能最大限度地保证煤矿数据信息传输的可靠性和实时性。其中智能接入分站/网关和工业以太网络交换机是组建工业以太网的核心设备。工业以太网具有实用性、安全性、先进性、开放

7、性、扩充性、投资保护等优势。其网络结构可以由星型、环型、双环冗余型等多种组网方式，可根据矿井规模和可靠性需求选择不同的关键设备和组网方式。结合最先进的计算机网络技术，张村煤矿综合自动化基础平台采用图1所示的设备层、工业以太冗余环网和Intranet管理网络三层结构模式。考虑到数据的可靠性和无拥塞传输，石泉矿使用的隔爆交换机核心采用德国赫斯曼工业以太环网交换机，井下主干网络传输速率适应，网络各智能监测监控分站与主干网的连接为10/100Mbps自适应。同时，提供智能网关等设备，可使井下原有的各种底层设备、信息化系统、现场总线等系统方便地接入主干网络。基于矿用工业以太网可以由星型、环型、双环冗余型

8、等多种组网方式，故可以根据矿井规模、对可靠性的需要选择不同的关键设备和组网方式。结合张村煤矿实际情况，井下网络架构设计为环形网络，地面交换机通过两条链路耦合到井下主干网络上，形成两个相互连接的主干单环。抽风机房及11KV站交换机使用挂接于主干网络。2系统结构该矿工业以太环网包含地面放置的一个交换机、二台光纤收发器和井下放置的二个光纤收发器，利用光纤通信，形成以太冗余通信。皮带集中控制系统架设于环网上，主要集控地面原煤生产系统，主斜井运输皮带机，井下上山、下山两部皮带。系统的整体结构如图2所示。图2井上下煤流集控系统的整体结构图2.1系统的设计方案以工业以太网为通信平台，采用PLC控制主站+PL

9、C控制分站+人机界面的模式，实现控制数据的采集，处理和传输。系统主要由控制中心、传输网络和井下控制器、井上控制器等组成。并在皮带的机头设置视频监控点，与煤流集控系统相配合使用，实现生产系统设备的安全闭锁开停。其中,地面煤楼低压配电柜实现现场设备的安全供配电及就地控制；井下控制主站采用KXJ0.25隔爆兼本安型可编程控制器，地面控制主站采用S7300系列PLC控制系统。这些系统能满足各种传感器数据采集的要求和现场设备的自动化控制，同时还具有功能强大的指令集和可靠的通讯功能。上位机操作站通过工业以太网接口与控制主站通信，以实现对现场设备的远程监控。PLC控制柜和低压配电柜设置在煤楼一层，地面每条皮

10、带、振动筛、等设备都安装就地控制箱，可以就地控制设备的开停。在调度室设置集控操作计算机和网络视频显示系统。操作员可以集中控制设备的开停，监视设备的实际运转情况。井上下胶带集中控制系统可以分为三部分：地面胶带集控、井下胶带集控以及衔接井上、下运输任务的主斜井运输煤流集控。地面胶带集控设置一个PLC控制柜作为地面控制主站，接入二次控制回路，实现皮带的远程集中启停，并相互闭锁。同时，控制主站接收皮带运行状态传感器信号，保证皮带安全运行。每台设备设置一个就地按钮箱，安装与皮带机头附近，按钮箱上安装转换开关、启动和停止按钮。转换开关可以选择设备的控制方式就地控制或集中控制。集中控制时，操作员在集控室通过

11、工控机上的操作界面，使皮带按照预定的流程启停。井下胶带集控采用KXJ0.25隔爆兼本安型可编程控制器作为控制主站上山胶带控制主站、下山胶带控制主站。这些主站分别通过光缆连接至井下工业以太网，以实现与其他控制主站和集控室上位机的通信。通过信息交换，各控制主站能够协同工作，实现胶带间的按流程闭锁运行。主斜井运输皮带现已有一套单独的控制系统，已经具备各种保护。在不改动原有设备的基础上，可以将这个单独的系统作为一个控制单元，通过地面系统主站，给原系统操作台提供开停命令，并将操作台上可以利用的开关量保护信号接入到控制主站中，实现与井上下皮带之间的闭锁运行。井上、下控制主站通过工业以太网相互通信，交换数据

12、。当各设备保护动作时，集控室上位机可以实现语音报警。2.2系统组成系统由人机界面操作平台、煤楼配电系统、地面控制主站和井下防爆控制主站组成。人机界面操作平台设置在集控室，包括3台计算机。两台上位机用于设备监控，一主一备；另外一台用于视频监控，分画面显示来自工业以太网的网络视频信号。主控台设置打点、急停等按钮。上位机监控软件采用IFIX5.8组态软件，并根据现场具体情况进行二次开发，制作出友好的人机操作界面。操作平台通过工业以太网与控制主站通信。供配电系统是地面设备集中控制的基础。一次配电网络为现场各设备提供安全可靠的动力电源；二次配电网络通过接入设备保护，设置设备间闭锁，实现设备的就地控制，同

13、时为PLC集控系统提供传感器反馈点，并接收PLC控制信号，以实现自动控制。地面控制主站由西门子S7300系列CPU、以太网模块、I/O模块等组成。现场传感器信号通过I/O模块传输至CPU，通过CPU进行逻辑运算和数据处理，最终输出安全准确的控制信号。通过编写CPU内部程序，实现了系统的闭锁保护、按流程顺序启停。地面控制主站通过以太网模块接入工业以太网。井下防爆控制主站采用KXJ0.25隔爆兼本安型可编程控制器，实时采集相关设备的传感器信号，并通过工业以太网与上位机通信，实现传感器信号在上位机上的实时显示，保证上位机发出的控制信号及时准确的到达控制设备。通过与其他控制主站通信，实现设备间的闭锁控

14、制。3系统控制原理及功能3.1控制原理控制主站通过对过程量及现场的各种数据进行实时测量采集，经过PLC综合处理后，一方面将控制数据传送到现场所控设备，完成设备的自动启停；另一方面，通过以太网接口，送到地面集控室。系统建成后，可以实现胶带机的就地控制和远程自动控制。采用就地控制方式时，通过就地控制箱，启动或停止设备。采用远程自动控制方式时，控制主站通过工业以太网平台接收人机界面的控制指令，自动启动或停止各台设备；系统为胶带机提供低速打滑、堆煤、撕裂、沿线急停、跑偏等保护。3.2系统功能为了满足日常运行、检修、故障处理等需要，具备四种控制模式：就地手动控制、集中手动控制、集中自动控制、检修模式控制

15、。采用就地控制方式时，通过就地按钮箱启动或停止设备。采用集中手动控制方式时，通过人机操作界面按逆煤流开、顺煤流停的原则有闭锁的逐台开停设备，采用集中自动控制方式时，设备按流程自动开停，检修模式是为了远程对设备进行测试而设置的，设备运行无闭锁。系统具有信息采集与处理、保护功能、通信功能和操作打点功能。信息采集与处理包括可采集或接入各种开关量信号及标准模拟量信号；系统具有良好的可扩展性，选择的模块留有备用容量，可方便的进行扩展。保护功能包括具有胶带机低速打滑、机头堆煤，满仓，超温洒水，烟雾，沿线急停和跑偏等多种保护。保护功能是通过安装各类传感器实现的，具体说明如下：1） 堆煤传感器堆煤传感器安装在

16、皮带的机头，主要用于检测机头是否发生堆煤，如果发生堆煤事件，能够立即停止来煤皮带，各级皮带会自动闭锁停止。2） 拉线急停开关如果胶带机沿线发生各类意外故障时，操作人员可就地拉动沿线绳索使拉线开关动作，达到使胶带机停机的目的。当故障处理结束人工解锁后，胶带机才能重新启动。3） 烟雾传感器烟雾传感器用于监测发烟火情，当出现火情时，该装置可控制运转设备停机、停电，并接通警报装置。探头悬挂于胶带机机头或机尾风大处。4） 跑偏开关跑偏传感器安装在皮带机头、机尾等容易发生跑偏的部位，当皮带跑偏时能及时感知并接通信号给PLC，系统设置轻跑偏报警，重跑偏停机。现场情况特殊时将轻跑偏设置为停机。5） 电机表面温

17、度传感器安装在驱动电机机身，用于测量电机表面温度，间接反映定子绕组温度，当温度超过预定值时发出报警。6） 打滑传感器可以预设时间，自启动后在预设的时间内未达到规定带速，传感器将发出报警信号。7） 语音报警箱集控开皮带前，为了及时告警皮带沿线作业人员，在皮带沿线安装语音报警箱。语音报警箱由PLC控制，在皮带开动前先广播：“皮带开车，注意安全”的语音信号，并发出红色报警灯光，而后开动皮带。8） 满仓保护 在井下煤仓上方安装一台雷达料位计，地面煤仓三个筒仓各一台雷达料位计，监控画面实时显示仓内煤位，给运输调度提供了直观数据。同时，在满仓时，自动停止皮带。系统具有运行方式选择及防止非规定操作人员随意操

18、作的保护措施；具有故障屏蔽功能，因故障查找或处理故障原因，需临时启动胶带时，能将不必要的保护信号临时屏蔽，一切正常后恢复。通信功能包括井下皮带控制主控站通过以太网模块接入井下工业以太网交换机；通过工业以太网平台与地面控制室人机操作平台连接，监控数据信息经过人机操作平台处理后接入工业以太网，集成到全矿综合信息系统。操作打点功能是指可以实现开车、停车前预警提示。4应用情况按照前述研究和设计分析，通过严谨细致地编写PLC控制程序、制作组态画面，并将系统软、硬件建设付诸工程实施后，系统最终实现了预想功能。该煤流集控系统是石泉矿利用工业以太环网作为信息传输平台的第一个工业控制系统，对“数字化”矿井建设起到了积极的向导作用。以下为上位机部分监控画面举例。控制器通信状态图5结束语基于工业以太网的煤流集控系统力求使井下皮带各类信息集成为实现异构条件下的信息联通与共享，功能集成为不同应用系统联动、协调有序进行，避免各自孤立的皮带不能使信息资源和设备资源得以充分发挥的弊端。 本文针对提出的系统在华电集团石泉矿中进行了具体的实施，提高了煤矿生产安全可靠性，该系统能够有效地预防和及时处理各种由皮带引起的突发事故和自然灾害；实现全矿井皮带的数据采集、生产调度、经营管理、决策指挥的自动化、信息化、科学化。参考文献：1赵红梅.阳煤三矿竖井皮带集中控制应用研究J.山西煤炭管理干部学院学报.2008,3.