皮带集控系统设计方案

设

计

方

案一、总则本方案是针对煤矿井下主煤流运输及工业电视监视系统技术要求,并充分考虑其先进性、安全性、可靠性及安装、使用和维护的方便而设计。（一）设计依据（1）设计方案根据矿方提出技术要求作出。（2）系统设备符合矿生产环境条件，并符合《煤矿安全规程》有关要求。控制系统中相关设备具有国家煤矿质量“MA”标志和煤矿防爆“EX”标志。（二）设计原则（1） 控制系统由地面控制中心，井上、下监控分站和工业电视监视组成。（2） 解决就地控制存在的事故隐患，减少各设备之间相互脱节、无法充分发挥效率的缺点。实现就地无人操作，仅设巡检人员。（3） 本系统采用分布式控制（DCS系统），结构合理，信息共享，实现提高指挥效率和生产率，达到减人提效的目的。（4） 实现井下皮带机、给煤机和煤仓煤位的控制信号及工业电视监视信号全部由光纤传输。（5）充分满足现场运行和检修要求。（6） 保证整个系统运行可靠、故障率低、维护方便和修改灵活。（7） 系统具有灵活和可靠的控制功能，简单实用，易于掌握，人机界面友好。（8） 系统具有自诊断功能，报警时可以语音、图像显示等功能实现（9） 系统具有实时数据采集、处理及多种显示功能。（10） 系统结构合理，便于系统的扩展。三）达到的技术水平和实现的目标（1）实现地面集中控制、可视化和语音通话三位一体的自动化控制系统体系。立足于高起点、高技术和高质量，将计算机控制系统和工业电视相结合，实现以地面控制为主，井下监控为费的控制模式，保证井下主煤流运输系统的连续性和可靠性。(3)系统技术达到国内领先水平。提高开机率和管理水平，减少操作人员和工人的劳动强度，为今后矿井生产综合自动化打下良好基础。实现地面对井下主煤流胶带机运输的长距离、多点位信息传输和集中监测监控。具有在线监测、分析及完善的保护和报警功能。地面控制中心计算机可以对系统的生产管理、事故跟踪与处理、打印各种运转日志报表。(6)实现在地面控制中心对井下所有控制分站远程编程。利用现有保护传感器，增加、更换必要的传感器，实现胶带机及相关设施的集中控制。通俗易懂的梯形图编程语言，现场技术人员可在最短的时间内掌握编程技术。采用国际流行的组态软件，动态画面美观，修改灵活，数据保存时间长。历史数据可以长期保存(3~5年))集控室管理人员可通过汉字显示操作屏操作。实现皮带机巷道沿线语音广播通话。井下主煤流运输系统主要数据经过授权可以通过INTERNET网络，在集团公司和煤矿浏览。(12)与工业电视相结合，有机的完成可视化管理的先进理念。四)承诺系统技术达到国内领先水平。实现井下皮带运输机的地面远程集中控制、可视化和语音通话。保证系统安全可靠运行。最终实现矿提出的各项技术指标和要求。免费培训现场工程技术人员，最终达到基本掌握系统硬件的组成和基本原理，熟练掌握PLC语言的编程，掌握组态软件的基本使用。（5）当系统出现故障时，技术人员可在24小时内到达现场。（6）对矿提供优质的售后服务。二、系统概述目前，矿井下现有的各条胶带机已经实现集中控制。根据现场实际使用要求，达到安全可靠运行以及减人提效目的。由中国矿业大学信电学院采用现场总线技术，通过集中控制和工业电视相结合，对井下新增加的二采区胶带机和煤仓煤位等相关设施进行监控监测。三、系统结构针对矿井下主煤流运输生产系统的特点，按照以“井上集中监控为主，井下多点监测为辅”的原则，提出以下设计方案。（一）控制设备根据现场实际分布情况，采用的集控系统结构原理图，如图1所示。利用光纤、电缆组成混合现场总线，实现对矿井下主煤流运输系统及工业电视。监测监控系统主要由地面监控中心，传输线路，井下控制分站和给煤机、煤仓煤位、保护传感器信号等构成。二）控制系统组成主煤流运输皮带地面集中控制系统结构如图3所示。主要由四部分组成：（1）地面控制中心地面控制中心设置在集控室，主要通过计算机和工业电视对胶带运输机监视和集中控制。主要设备和设施包括工业控制计算机、21'显示器、网络通信、不间断电源和工业电视等。（2） 远距离通讯传输系统工业现场总线由光纤、双绞线、集线器和网络连接器等组成。（3） 井下控制及信号采集装置井下控制及信号采集装置由两部分组成，KJD15矿用隔爆兼本安胶带机自动控制装置。该装置控制核心部分采用德国西门子公司生产的S7-300可编程控制器，其他主要元件均采用进口元件。井下现场部分还包括电气控制箱，外围保护、监测装置等相关设施。KJD15胶带机控制装置结合相应配套的传感器、控制器、网络组件等完成对胶带机和给煤机的就地、远程控制。（4）保护和检测装置堆煤保护低速打滑保护跑偏保护烟雾保护超温洒水保护⑥煤位连续测量⑦电流和电压（5）工业电视本系统主要由工业摄像设备、控制设备、显示设备、传输设备、光缆等组成。主要包括摄像机、监视器、转换器、光纤和控制器等。工业摄像设备采用低照度低噪声KD6002矿用本安型光纤摄象仪。四、控制系统主要功能与特点（一）地面控制中心冗余功能地面控制中心采用主、从计算机实现双机热备用，当其中一台计算机出现故障时，可自动切换到另一台计算机，以防止数据丢失或控制失控。系统容量系统输入/输出点位能够满足可采集2000个以上的监控点；巡检周期符合行业规定（＜20mS）。扩展功能选择的计算机和系统软件留有备用容量和接口，可以很方便地进行扩展（如增加胶带机的保护装置）；分布式系统结构具有良好的扩展性，（如胶带机随生产的发展增多，可方便的增加胶带机监控分站）。打印功能能实时或按时间段打印各胶带机和相关设备的运行参数（如运行时间、电机电流等）和运行状态（如胶带机开停状态、故障类型、故障发生时间等）。控制功能具有远程启动、停止、复位和测试功能，并可进行地面远程编程、故障（保护）屏蔽及控制方式转换、给煤机点动操作等功能控制。显示功能能实时显示各胶带机、相关设施及所有信号状况，并能方便地进行多画面切换；当井下被测参数超限、保护动作及设备运行状态改变后，给出语音、文字告警提示。系统软件系统平台为WINDOWSxp操作系统，应用软件采用iFIX组态软件，人机界面友好，便于系统程序员修改和维护。控制软件采用西门子公司的STEP7V5.4编程软件。数据统计、汇总对数据进行综合处理，满足报表统计、曲线图、柱状图显示并能打印输出。网络功能与其它集控系统（如：供电集控系统）组成网络并纳入全矿计算机局域网，供矿调度室、矿领导及有关部门随时掌握井下各系统工况。掉电保护为防止系统突然断电造成系统数据的丢失以及控制失控，采用1VAUPS供电，保证系统不间断运行。UPS能够为系统提供2小时的连续供电要求。（二）控制模式为了满足日常运行、检修、故障处理等需要，具备三种控制模式：就地、远程和自动。操作人员可采用不同方式控制各条胶带机的启动和停止。控制方式有三种：地面集中控制在这种方式下，操作人员只需在地面控制中心操作键盘或鼠标，控制井下各条胶带机和给煤机的起、停以及故障解除等。并且通过计算机语音系统发布开车提示命令。人工就地控制当日常检修或故障处理以及特殊需要时，操作人员可分别在各条胶带机头通过胶带机自动控制装置控制胶带机的起、停。控制方式变换可以通过胶带机自动控制装置手/自动切换开关进行转换，使得二种控制方式互为备用、互相闭锁，提高系统的可靠性和灵活性。后部闭锁具有同煤流方向相互闭锁功能，实现逆煤流开，顺煤流停。启动方式胶带机采用直接启动方式。故障解除上位机具有故障解除功能，对于使用中出现的各类故障，非正常动作，使用中视情节正确使用。（三）显示功能工况图显示工况图动态显示整个系统所有胶带机、给煤机、转载胶带运行的工况，以及主要保护、煤炭产量（需配备相关称重设备）有关参数信息。1■mnin|11弋+1 1图五工况图信息图显示实时显示胶带机、给煤机开/停状态和煤仓煤位高度。如胶带机开停状态、检修状态及运行速度，拖动电机电压、电流、开机时间、停机时间等参数。故障及保护显示同时实时显示胶带机和各种保护传感器的工作状态，显示胶带机的故障类型，分站之间通信是否异常。历史查询电机电流、电机温度、带速、产量和瞬时流量历史趋势图查看、相关数据报表显示和历史数据查询。如图所示。图六信息图（四）保护功能符合煤炭安全规程对皮带机保护的六项措施。系统具有胶带机低速打滑、机头堆煤，满仓，超温洒水，烟雾，滚筒超温，沿线急停和跑偏保护。五、传感器主要技术参数1．堆煤保护输出触点容量AC220V,1A，电阻性负载；延时动作时间0.4~60s；可调动作角度6°±1°2．低速打滑供电DC15〜24V，工作电流W100mA；电流信号：4〜20mA（负载电阻W500Q）继电器接点信号：接点容量DC27V、1A运行信号输出：当实际带速$0.8Vs时，该接点闭合；断带保护输出：当连续4s实际速度V0.3Vs时，该接点闭合;C.打滑保护输出：当连续15s实际速度v0.8VS且＞0.3Vs时，该接点闭合；设定的额定带速：0.8~6m/s。3．跑偏保护触点容量DC220V，5A；探杆动作转动最大角度大于70°；双向转动触点动作时探杆转动角度25°（一级），40°（二级）。4．烟雾保护供电电源： 本安电源DC12.5〜18V检测灵敏度：III级（烟雾浓度0.1mg/m3响应时间60S）5．超温洒水保护（温度检测）测量范围：-5°C〜+45°C；测量精度：土1.0°C工作环境；相对湿度：W95%。6．煤位连续测量（雷达料位计）量程：0~35m；输出信号：4~20mA；精度等级：土10mm；线性渡：好于0.05%；测量分辨率：1mm；频率：6.3GHz。7．电流和电压电流：输入信号AC660/380/220/127/100V；输出信号电流：4〜20mA，最大负载330Q；测量精度：1级。电压：输入信号：AC0~5A电流互感器二次侧电流；输出信号：电流4〜20mA，最大负载330Q；测量精度1级。六、系统安全性完善胶带机及相关设备的保护。采用性能可靠、动作灵敏、故障率低的控制保护装置，如胶带机自动控制装置核心部分采用可编程控制器（PLC）。设备出线口满足安全规程要求，芯线接续简便、牢固。传感器采用本质安全型或矿用隔爆型。当接触器接点粘连需停胶带而无法停止时，切断上一级开关。就地控制装置设立闭锁开关，便于故障检查、处理时实现闭锁。在远程控制方式下设立传输故障保护，实现自动停机，防止失控。设备选型符合矿煤矿安全规程要求，具有防潮、防尘、防震和抗干扰性能。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。七、技术服务与技术支持系统设计与集成由中国矿业大学和矿共同完成。现场安装与调试尽可能不影响生产。各煤矿组织人员协助系统安装、