基于工业以太网的皮带集控设计方案

1 基于工业以太网的皮带集控设计方案 络架构 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。 平煤集团瑞平公司张村矿立足信息化大前提，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 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。 图 1 三层网络结构示意图 括环型冗余技术 、链路聚集技术等）、嵌入式系统 信息层 ） 离散设备 工业以太网 过程设备 控制层 信息层 设 备 层 2 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。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 理网络三层结构模式。 考虑到数据的可靠性和无拥塞传输，张村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 10/100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的星型、环型、双环冗余型等多种组网方式，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 11交换机使用挂接于主干网络。 统结构 该矿工业以太环网包含地面放置的四个交换机和井下放置的五个交换机，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，主要有集控地面原煤生产系统、主斜井运输皮带机、二煤运上皮带、二煤转载皮带、二煤上仓皮带、二煤给煤机。系统的整体结构如图 2 所示。 3 图 2 井上下皮带集控系统的整体结构图 4 第三章 皮带集控自动化系统的组成部分 井皮带运输系统的控制要求 由于运输系统是煤矿生产的大动脉，因此对系统的有很高的要求。 时监控设备状态和运行参数，并显示数据曲线，对重要信息在硬盘记录； 集控手动 /就地，三种方式可转换。正常 生产时，使用集控自动方式，设备按工艺要求的顺序和流程由中央控制台自动启停；集控手动时，可在中央控制台操作各设备，无闭锁和联动关系；就地时，在现场操作； 告 30 秒后，若现场均满足集控自动启动条件，设备按顺序自动启动。现场可用停车钮停止启动过程； 停车按钮，现场可随时停车。若设备由集控启动，控制系统接到现场停车停号后，可作急停处理，实施故障停车操作； 偏保护、低速保护等，这些信号均接入集控系统，参加设备的紧急停车 和闭锁停车； 进行声光提示。一般故障只报警，现场非正常停车或严重故障时，故障设备及其上游设备紧急停车，下游设备顺煤流延时闭锁停车。 统的组成部分 皮带集控自动化系统的主要组成部分： 皮带集中控制系统、 就地控制、可编程 制器、集成系统远程监测和控制、 皮带集控软件系统 。 井上下皮带集中控制系统共分为两期分期进行：一期井上下皮带集中控制系统； 二期井上下皮带集中控制系统。 5 期井上下皮带集中控制系统 张村矿二煤采区运 输皮带有 3 条，综采皮带 1 条。其中， 1 条上运皮带长度为 660 米，2 台 315机驱动； 1 条转载皮带 17 米， 1 台 30机驱动； 1 条上仓皮带 314 米， 2 台75机驱动； 1 台给煤机 动开停，皮带保护装置简单，没有实现电控系统 ，四煤采区有 1 条采面运输皮带长度为 800 米，采用 37电机驱动。没有实现集中控制系统。 地面生产包括主斜井皮带运输系统和筛分楼生产系统两个部分，总共 7 条皮带、一个振动筛和一个破碎机。主斜井皮带：皮带长为 1250 米， 2 台 450机，皮带机有拉绳、跑偏、打滑、纵撕等保 护，上海普昱公司的电控系统，使用的是 分楼生产系统：共计 6 条皮带，上仓皮带长度为 108 米， 55电机，手选皮带长 26 米， 4机，筛下皮带长为 ， 15机（包括 1 台液压推杆犁煤器），二煤栈桥皮带长 100m，55机，分仓皮带 ， 55机，落煤皮带长 ， 37机， 1 台振动筛，301 台破碎机，两台电机驱动，共 304 个储煤仓， 4 台液压推杆犁煤器。没有形成自动化控制系统，皮带保护装置简单。 1 系统组成 井上下皮带集中控制系统可以分为三部分 ：地面皮带集控、井下皮带集控以及衔接井上、下运输任务的主斜井运输皮带集控。 1)地面皮带集控设置一个 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，安装在皮带机头附近，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工控机上的操作界面，使皮带按照预定的流程启停，可以实现分煤器和电动闸门的远程控制及状态显示。 2)井下皮带集控采用 爆兼本安型可编程控制器作为控制主站 四五煤采区控制主站、二煤变电所控制主站（带一个控制分站）、二煤采区控制主站。这些主站分别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，实现皮带间的按流程闭锁运行。 3)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 6 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。 4)井上、下控制主站通过工业以太网相互通信，交换数据。当各设备保护动作时，集控室上位机可以实现语音报警。 2 方案设计 1)系统的设计方案是：以工业以太网为通信平台，采用 制主站 + 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，与皮带集控系统相配合使用，实现生产系统设备的安全闭锁开停。 2)其中 ,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 爆兼本安型可编程控制器，地面控制主站采用 00 系列 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。 3)制柜和低压配电柜设置在煤楼一层，地面每条皮带、振动筛、破碎机都安装就地控制箱，可以就地控制设备的开停。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， 系统主要分为以下几个部分： （ 1）人机界面操作平台 人机界面操作平台 设置在集控室，包括 3 台上位机操作站。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，分画面显示来自调度室的网络视频信号。主控台设置打点、急停等按钮。上位机监控软件采用 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。 （ 2）地面煤楼供配电系统 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，同时为 控系统提供传感器反馈点，并 接收 制信号，以实现自动控制。 （ 3）地面控制主站 地面控制主站由西门子 00 系列 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 过 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 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。 7 （ 4）井下防爆控制主站 井下防爆控制主站采用 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制。 井上下皮带集控系统的整体结构如下图： 图 3 井上下皮带集控系统的整体结构图 3 皮带机集控系统配置 60/380/127 隔爆兼本安型可编程控制器 60/380/127 隔爆兼本安型可编程控制器内置 列 块，包括防爆箱、机架、电源模块、 块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、通信模块、 源及其它附件。用于对 其它 启动设备的控制、接收皮带沿线传感器的信号，进而完成对皮带机的控制。放置在机头的硐室内。 8 采用 信模块，作为和工业以太网的通信核心。 控主站 采用 列标准柜体，核心控制设备为西门子 00 系列 备输入输出隔离继电器。主要完成地面煤楼所有皮带、分煤器、振动筛、闸门等设备的监控。地面设备运行状态、传感器节点接入控制柜，通过程序检测判断，保护各条皮带安全闭锁运行。 输入信号： 244 输出信号：无源触点。 在调度室增加监视器，用来显示皮带关键部位图像。 为防止皮带的跑偏、撕裂、打滑、洒水、堆煤和烟雾等事故危害人身和设备安全，在皮带的沿线设置了跑偏、纵撕、堆煤、温度、洒水、打滑等各种传感器；同时考虑到如果皮带出现问题，皮带沿线工作人员可以急停皮带，设置了拉线急停开关。其它传感器本着“安全、可靠、先进、精确”的原则进行选择。 4 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。采用就地控制方式时 ，通过就地控制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（间隔时间根据现场情况编程后确定，时间 0调）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。 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。 系统具有皮带机打滑、堆煤、纵撕、温度、洒水，烟雾，拉线和跑偏等多种保护 。 具有运行方式选择及防止非规定操作人员随意操作的保护措施； 具有故障屏蔽功能，因故障查找或处理故障原因，需临时启动皮带时，能将不必要的保护信号临时屏蔽，一切正常后恢复； 9 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。 可以实现开车、停车前语音预警（警示语句由双方协商决定）提示。 系统根据湿度传感 器返回信号自动判断是否对煤流洒水，根据粉尘传感器返回信号自动判断是否对皮带巷道洒水，并可以在上位机操作站上强制开停电磁阀洒水，实现自动洒水保护。 5 实现功能 1)皮带的多种检测保护功能。 2)控制分站的 制程序可以在计算机中方便地修改，调试。 3)皮带要启动或停止前，皮带沿线附近有预警信号。 4)皮带组在集中自动逆煤流启动时，闭锁关系一直有效。 5)皮带组在集中自动顺煤流停车时，采用顺序延时停车。 警皮带和来煤方向皮带立即停车。 7)当出现煤仓满仓报警信号时，相应皮带组 进入延时正常停车程序。 8)集中自动 /手动控制方式下，一旦皮带因故停止运行、给煤机及来煤方向相互闭锁皮带急停。 9)有报警信号时，皮带不能启动。 10)程序设计中，报警信号自动保持，即一旦报警、即使经维修后报警信号消失，计算机内仍然保持报警状态，这时保护复位或井下复位按钮可清除报警保持信号。 11)系统一般支持堆煤、沿线急停、超温、烟雾、撕带、速度、跑偏、洒水等报警信号，每路报警均可由计算机下发参数予以屏蔽，扩展后可增加报警信号 。 12)操作人员必须登录后，才可以对皮带系统进行有关操作 13)用户权限设为 操作员、管理员、程序员三种。程序员和管理员能进行：用户管理、软件配置、分站配置。 14)报表管理功能 15)进行生产管理，包括事件记录、运行日志报表、各皮带机累计运行时间、各皮带机启、停时间等，历史数据可以保存大于 。 10 期 井 上 下 皮带集中控制系统 1. 二煤二部皮带接入 统架构： 原系统具备就地控制，集成系统远程监测和控制； 入方式： 1)增加设备：光纤链路模块 2 个， 头 4 个，光缆 700 米， 4 芯屏蔽电缆、尾纤； 2)软件通讯：二煤一部 300二煤二部 200成 信网络进行数据交换； 3)硬件连接：二煤一部 300内 300 315 有一个 信接口，可以通过电缆与光纤链路模块上的 口相连，同时光纤链路模块上有 个光口，各连接 4 芯光缆中的一芯光纤；二煤二部 200内的 226 型 有一个 信接口，可通过电缆和光纤链路模块上的 口相连，同时光纤链路模块上的 口连接 4 芯光缆中的一芯光纤，光纤接法为两个 中的两芯光纤交叉接入光纤链路模块上的 口。线缆连 接示意图如下： 图 4 二煤二部 入自动化接线图 统功能： 将二煤二部皮带接入皮带集控系统后，二煤二部皮带加入二煤流程，集控操作员可通过调度室皮带集控主机一键启停从二煤二部皮带至二煤上仓皮带的二煤流程，并实时监测二煤二部皮带已安装的各种保护状态。 11 2. 四高强皮带接入 统架构： 原系统具备就地控制，集成系统远程监测和控制； 入方式： 四高强一部皮带西门子原有的 200高强一部 300连，组成 络进行数据信息的交换。 高强一部 300给煤 机 300连，通过 换数据等。具体操作如下： 备连接 : 在 四给煤机 300四高强皮带 300间敷设一根 4 芯通讯电缆，即可实现实时通讯。四高强一部皮带 300内添加一个 块，在四高强皮带 200旁放置 块， 四 高强一部 300内 300 315 有一个 信接口， 200柜内有 口，直接连接即可。高强二部皮带经放置在二部机头的防爆接线盒，各种信号经接线盒通过 16 芯电缆传输到高强一部的 300柜中，实现 通过高强一部的 300柜，控制给煤机、高强一部、高强二部皮带。线缆连接示意图如下： 图 5 四高强皮带 四给煤机 接接线图 统功能： 12 四高强皮带和四给煤机接入皮带集控自动化系统后，调度室集控系统操作员通过集控自动、集控手动和集控检修三种模式来操作皮带。并且在启动皮带之前，集控系统首先检查皮带各种传感器保护的状态，判断是否可以正常启动皮带，然后根据操作模式检查闭锁设备的状态，如果下级设备已启动， 制柜最后才会向带控制开关输出启动信号，启动皮带。 在 二期承建的同时，增加完善张村矿一期皮带自动化控制系统实现以下控制功能： 制系统 1)具备集控手动与集控自动。集控手动时，完成远程对单条皮带的控制；集控自动时，完成远程对皮带煤流系统的一键启、停控制（一键通功能），具体闭锁关系以煤仓为分界点。皮带系统逆煤流启车、顺煤流停车； 2)实现给煤机自动控制。 3)完善拉绳、跑偏、堆煤、烟雾、撕裂、温度、速度保护，电压、电流、速度、温度实时监测数据显示及异常报警功能； 4)皮带沿线通话，实现开车语音预警（用应急通信扩音电话实现）； 5)皮带与给煤机闭锁、 直接搭接皮带的闭锁； 6)故障状态下紧急停车； 统组态界面 1)实时显示煤流运输系统的设备状态、保护状态、运行参数； 2)实时显示皮带机的通讯状态； 3)实现开车前预警，出现异常地面主控室给出报警提示信号； 4)查询电机电流、电机电压、带速等的历史数据，支持曲线显示； 5)用户权限等级划分。操作员登陆后才能进行操作。 字视频管理软件的安装及使用 1 软件安 装 1)络视频监控系统（ 本机数字视频软件用的是 络视频监控系统（ 统，双击 络视频监控系统（ 点击下一步至安装完成。 2)网络视屏解码器管理软件 击网络视屏解码器管理软件 击下一步至安装完成。 安装完成后桌面上出现了三个图标，如图 6 13 图 6 网络视屏解码器管理软件 软件使用 1) 搜索器 双击搜索器图标，打开搜索器 图 7 搜索器 2) 搜索器可以搜索到环网内所有在线的天地伟业的设备（包括编码器和解码器），刚购进的 设备 址不符合实际需要，就需要修改 址。在搜索器中，点击需要修改 新 址一行中输入需要的信息，点击“修改 址”按钮，设备修改 14 址并重启，就会以新的 址信息显示在搜索器中。 双击 标，输入密码“ 1111”，进入 界面，如图 8 图 8 界面 3) 点击右侧“系统功能”标签，输入密码“ 1111”，进入“系统设置窗口” 15 图 9 统设置窗口 4） 在“设备管理”标签中的“网络视频服务器管理”标签中点击“ 智能添加”，在智能添加服务器窗口中点击“检索服务器”按钮，即可自动检索环网内所有的天地伟业视频服务器（编码器），并在“服务器列表”中显示出来。 图 10 务器列表 16 5） 选中要显示的视频服务器 址，点击“”按钮，将服务器加入“已选择服务器”列表。选择完成后，点击“确定”按钮，返回“网络视频服务器管理”标签。 6） 在“网络视频服务器管理”标签点中单击列表中的一个设备 址，在下方的网络视频服务器通道管理列表中显示被点击服务器相应的通道及通道详细信息。 7） 如果接入视频服务器的摄像仪有 云台，属于可以远程控制的全方位摄像仪或者是球型摄像仪。这种摄像仪的控制需要通过相应的控制协议和设备地址来完成远程控制，以接在 址为 视频服务器通道 1 上的摄像仪为例，这个摄像仪的设备地址为 3 号，通信协议为 击通道管理列表中通道名为 道 1，选择设备地址和协议类型，点击确定。如图 11 图 11 修改监控点信息窗口 8） 选择“监控点管理”标签，点击下侧的“打开高级管理”按钮，依次添加“区域”和“监控点组”。然后选择一个“监控点组”名称， 在右侧的“未划分监控点列表”中双击要加入该监控点组的设备 址，即可将监控设备加入相应的监控点组。 9） 在“未划分监控点列表”中，每一个监控信息都有主码流和副码流，主副码流的信息是相同的，在监控点组中添加任意一个即可 。 17 图 12 监控点管理 点击“图像设置”标签，双击左侧监控点列表中的监控点，如下图所示，图像显示区会显示监控点当前的实时图像，右侧显示监控点的相关信息，操作员可以根据实际需要来调整图像的对比度、亮度和色调等参数，也可以修改叠加字符和时间位置。 图 13 图像设置 3 网络视频解码器管理软件 双击网络视频解码器管理软件的图标进入软件界面。 18 图 14 解码器管理软件 点击“自动搜索”按钮，在 S 系列解码器区域中显示在线的天地伟业解码器， 址前有红色的“ X”表示管理软件没有和解码器建立连接，双击 址，如果“ X”变成绿色的“”表示解码器已连接。 选中已连接的解码器，在右侧区域点击“增加”按钮，在增加服务器界面中输入服务器址，码流类型（主码流 /副码流），点击确定回到管理软件主界面。 图 15 增加服务器 选择主界面右侧区域中的服务器 址，点击下方的“连接”按钮，“ X”变成“ ”， 19 解码器开始解码，输出视频模拟信号。 在监控电视少于视频数量的情况下，可以在监控电视上轮换播放多个视频，方法是选择一个解码器，然后在右侧添加多个视频。在添加视频时可以修改停留时间来确定轮流切换时对该路视频图像的播放时间，停留时间单位为“ S”。添加好需要播放的视频图像后，点击“自动切换”按钮，解码器自动在列表中从上到下依次解码图像。 注意事项： 件在监控点列表中选择监控点后，监控界面中不能显示相应的图像，可以关闭 件，打开“搜索器”，选中对应编码器 址，“重 启”编码器即可恢复。 第四章 系统设计方案 统设计方案 井下皮带集控采用 爆兼本安型可编程控制器作为控制主站 二煤控制主站（带一个控制分站）、二煤综采控制主站。这些主站分别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，实现皮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。当各设备保护动作时，集控室上位机可以实现语音报警。 20 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。 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 态软件，并根据现场具体情 况进行二次开发，具有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。 2. 煤楼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，同时为 控系统提供传感器反馈点，并接收 制信号，以实现自动控制。 3. 地面控制主站由西门子 列 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 过 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 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。 4. 井下防爆控制主站采用 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制。 统控制原理及功能 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 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，可以实现皮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；系统为皮带机提供低速打滑、堆煤、撕裂、沿线急停、跑偏等保护。 该系统具备四种控制模式：就地手动控制、集中手动控制、集中自动控制、检修模式控制。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 21 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。 1） 西门子 统的组成 主要组成部分有导轨（）、电源模块（）、中央处理单元模块、接口模块（）、信号模块（）、功能模块（）等，通过网的接口直接与编程器、操作员面板和其它相连。 7模块 化小型 统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与 较， 用模块化结构，具备高速（ s）的指令 运算速度 ；用 浮点数 运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准 用户接口 的 软件工具 方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的 人机界面 服务已经集成在 作系统内， 人机对话 的编程要求大大减少。 2）信息采集与处理功能 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。 （ 1）开关量输入 西门子 300准 32 路开关量输入，采集皮带机的各种开关量。 （ 2）开关量输出 西门子 300准 16 路开关量输出，经西门子 辑运算后，输出标准的控制信号。 （ 3）模拟量输入 西门子 300准 16 路模拟量输入，采集皮带机的各种模拟量信号。 3）保护功能 包括具有皮带机低速打滑、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。 （ 1）堆煤传感器 堆煤传感器安装在皮带的机头，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。 22 图 16 堆煤传感器 （ 2）拉线急停开关 皮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，使皮带机停机。当故障处理结束人工解锁后，皮带机才能重新启动。 图 17 急停传感器 （ 3）烟雾传感器 烟雾传感器用于监测发烟火情，探头悬挂于皮带机机头或机尾风大处，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。 23 图 18 烟雾传感器图 （ 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 统设置轻跑偏报警，重跑偏停机。 图 19 跑偏传感器 （ 5）电机表面温度传感器 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。 图 20 温度传感器 24 此外，系统具有运行方式选择及防止非规定操作人员随意操作的保护措施；具有故障屏蔽功能，因故障查找或处理故障原因，需临时启动皮带时，能将不必要的保护信号临时屏蔽，一切正常后恢复。 （ 6）速度 传感器 速度传感器处于皮带机的下皮带处，用钢丝绳将速度传感器紧固在皮带运输机架的中央，使测速轮与下皮带接触，由皮带带动测速轮转动。安装后应使测速轮的轴线与皮带的运动方向垂直，保证两者之间没有滑动摩擦 。 图 21 速度传感器 4）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。 5）操作打点功能 在开车前进行预打点，提醒附近工作人员注意避让、在预停车时打点提 醒附近工作人员注意安全 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 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，系统实现了设计功能。该皮带集控系统是张村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“智慧矿山”矿井建设起到了积极的向导作用。 5 结束语 基于工业以太网的皮带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 25 使信息资源和设备资源得以充分发挥的弊端。 本系统在平煤集团瑞 平公司张村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。 第五章 皮带集控软件系统 统 登陆 带集控”图标进入皮带集控系统登陆界面， 图 22 皮带集控系统登陆 26 操作界面如下图所示 图 23 皮带集控系统 主操作界面 皮带运输集控系统的主界面分为两个部分，顶部的标签栏可以进入系统 的各个功能界面，下面是皮带集控的各个功能界面，其中有皮带运行的直观表示，皮带传感器保护的状态反馈，通过这个界面可以直观的看到井上下所有接入集控的皮带的状态，为调度室能正确的调度皮带提供及时的数据。 统的使用 在主操作界面左方有“地面皮带上位机集控选择” 、“二煤主运控制模式选择” 、“四 27 二主运控制模式选择” 、“主井控制模式选择”及相应的按钮“手动”、“检修”和“自动”。根据矿放煤流程，以及顺煤流停逆煤流开的规则，“手动”和“自动”方式设定了皮带间的闭锁关系，使皮带运行更加安全，防止放煤时因为中间的 皮带突然停止而导致的堆煤。 1 煤楼皮带启停操作： 地面煤楼的皮带有就地控制箱，相应的就地控制箱安装在皮带机头。就地控制箱上有“自动” 、“手动”转换开关。当开关打到“手动”档时，只能在现场通过就地控制箱开启皮带。当开关打到“自动”档时，即将皮带开启的权力交给皮带集控司机。 需要注意的是，如果由集控系统来开启皮带系统，请确定煤楼所有的皮带就地控制箱都打到了“自动”档，否则无法使用集控开。 要查看煤楼皮带“自动 /手动”转换开关状态，可以点击皮带名称，进入皮带启停操作界面。在界面中有“集控”、“就地”旋钮。“集 控”档表示煤楼就地控制箱打到“自动”档，可以集控；“就地”档表示煤楼就地控制箱打到“手动”档，只能就地控制。 图 24 转换开关状态 1）自动开车模式： 第一步：检查确定各部皮带通讯正常（绿色表示正常，红色表示不正常），切打到“集控” 模式。 第二步：点击主控制界面左侧“地面皮带上位机集控选择”按钮，在控制模式选择界面中点击模式选择旋钮，使旋钮指向“自动”，点击“确定”按钮，关闭控制模式选择界面。 28 图 25 地面皮带上位机集控选择按钮 第三步：检查煤楼皮带传感器保护信息。确保皮带各传感器无保护信息输出。 第四步：点击主操作界面左侧“落煤点”选择落煤点。 第五步：开车。先打开点预警，并预留时间保障皮带沿线干活人员离开。点击“自动开”按钮。煤楼皮带即可从落煤点开始逐条启动。 图 26 自动开按钮 第六步：停车。点击“自动停”按钮。煤楼皮带即可 从主井皮带开始逆煤流逐条停止。 2）手动开车模式： 第一步：检查确定各部皮带通讯正常（绿色表示正常，红色表示不正常），切打到“集控” 模式。 第二步：点击主控制界面左侧“控制模式选择”按钮，在控制模式选择界面中点击模 29 式选择旋钮，使旋钮指向“手动”，点击“确定”按钮，关闭控制模式选择界面。 图 27 手动开车模式 选择按钮 第三步：检查煤楼皮带传感器保护信息。确保皮带各传感器无保护信息输出。 第四步：点击主操作界面左侧“落煤点”选择落煤点 第五步：开车。先打开点预警，并预留时间保障皮带沿线干活人员离开 。然后从落煤点开始，点击皮带的名称，进入皮带开启界面。点击“启动”和“确定”按钮，逐条逆煤流启动皮带。 根据煤楼的落煤点，煤楼的开车流程有以下 3 条： 栈桥皮带 三部皮带 震动筛 一部皮带 主井皮带。 四部皮带 三部皮带 震动筛 一部皮带 通知主井皮带 五部皮带 四部皮带 三部皮带 震动筛 一部皮带 通知主井皮带 第六步：更换落煤点。手动控制模式下，先启动新的落煤点皮带，再停止原落煤点皮带。例如原在栈桥落煤，现在需要更换落煤点，在五部皮带落煤，步骤为 1、点击左侧的煤楼皮带控制模式选择，在控制模式选择界面 中选择手动模式； 2、依次启动五部皮带和四部皮带； 3 停止二煤皮带。 第七步：停车顺序相反。先停主井皮带，然后从一部皮带开始至落煤点皮带依次停车。 3）检修模式开车： 30 第一步：检查确定各部皮带通讯正常（绿色表示正常，红色表示不正常），切打到“集控” 模式。 第二步：点击主控制界面左侧“控制模式选择”按钮，在控制模式选择界面中点击模式选择旋钮，使旋钮指向“检修”，点击“确定”按钮，关闭控制模式选择界面。 图 28 检修模式开车 选择按钮 第三步：检查煤楼皮带传感器保护信息。确保皮带各传感器无保护信息输出。 第四步：根据现场检修人员的要求，点击皮带名称，在皮带操作界面中点击“启动”或“停止”来启停皮带。 2 井下皮带启停操作： 井下皮带集控页面相应的启停操作界面中有“集控”、“就地”转换开关，当打到“集控”档，表示将由皮带运输集控系统来操作井下皮带启停；当打到“就地”档，表示将皮带启停控制权限交与现场（四二高强皮带、二煤高强皮带由皮带机头司机转换）。考虑到井下环境复杂，在地面控制的情况下，井下皮带巡检人员可以通过皮带机头“转换开关”来停止皮带。 点击皮带名称，进入皮带操作界面，界面中的“集控”、“就地”转换开关 可以使相应皮带进入集控模式和就地模式。其中二煤运上皮带、四二一部高强皮带的远控近控由就地控制台确定，需要电话通知皮带机头操作台的操作员按下“远近控”按钮，选择远控模式。 31 图 29 二煤转载皮带 选择按钮 1. 二煤主运流程 1）自动模式开车： 第一步：检查确定各部皮带通讯正常（绿色表示正常，红色表示不正常），切打到“集控” 模式。 第二步：点击主流程界面左侧的井下皮带操作模式选择按钮，在控制模式选择界面中点击模式选择旋钮，使旋钮指向“自动”，点击“确定”按钮，关闭控制模式选择界面。 图 30 主流程 界面 自动模式开车 选择按钮 第三步：检查各条皮带传感器保护信息。确保皮带各传感器无保护信息输出。 第四步：开车。先打开点预警，并预留时间保障皮带沿线干活人员离开。然后点击主流程操作界面左侧的井下二煤流程开车按钮，二煤上仓皮带、二煤转载皮带和二煤上运皮带依次自动开启。 32 图 31 自动模式开车 第五步：停车。点击“自动停”按钮。皮带顺煤流停止。 2）手动开车模式 第一步：检查确定各部皮带通讯正常（绿色表示正常，红色表示不正常），切达到“集控” 模式。 第二步：点击主流程界面左侧的井下皮带操作模式选择 按钮，在控制模式选择界面中点击模式选择旋钮，使旋钮指向“手动”，点击“确定”按钮，关闭控制模式选择界面。 图 32 手动模式开车 选择按钮 33 第三步：检查各条皮带传感器保护信息。确保皮带各传感器无保护信息输出。 第四步：开车。先打开点预警，并预留时间保障皮带沿线干活人员离开。然后依次点击二煤上仓皮带、二煤转载皮带和二煤上运皮带的名称，在皮带启停操作界面中点击“启动”和“确定”，启动二煤主运流程。 图 33 自动模式开车 选择按钮 第五步： 停车顺序相反。先停二煤运上皮带，再停转载皮带，最后停上仓皮 带。 3）检修模式开车： 第一步：点击主控制界面左侧“井下皮带控制模式选择”按钮，在控制模式选择界面中点击模式选择旋钮，使旋钮指向“检修”，点击“确定”按钮，关闭控制模式选择界面。 34 图 34 检修模式开车 选择按钮 第二步：检查各条皮带 传感器保护信息。确保皮带各传感器无保护信息输出。 第三步：根据现场检修人员的要求，点击皮带名称，在皮带操作界面中点击“启动”或“停止”来启停皮带。 2. 四煤主运流程 1）自动模式开车： 第一步：检查确定各部皮带通讯正常（绿色表示正常，红色表示不正常），切打到“集控” 模式。 第二步：点击主流程界面左侧的井下皮带操作模式选择按钮，在控制模式选择界面中点击模式选择旋钮，使旋钮指向“自动”，点击“确定”按钮，关闭控制模式选择界面。 第三步：检查各条皮带传感器保护信息。确保皮带各传感器无保护信息输出。 第四步：开 车。先打开点预警，并预留时间保障皮带沿线干活人员离开。然后点击主流程操作界面左侧的井下四煤流程开车按钮，四二二部皮带、四二一部高强皮带依次自动开启。 第四步：停车。点击“自动停”按钮。皮带顺煤流停止。 2）手动开车模式 第一步：检查确定各部皮带通讯正常（绿色表示正常，红色表示不正常），切达到“集控” 模式。 第二步：点击主流程界面左侧的井下皮带操作模式选择按钮，在控制模式选择界面中点击模式选择旋钮，使旋钮指向“手动”，点击“确定”按钮，关闭控制模式选择界面。 35 第二步：检查各条皮带传感器保护信息。确保 皮带各传感器无保护信息输出。 第三步：开车。先打开点预警，并预留时间保障皮带沿线干活人员离开。依次点击四二高强皮带、四二二部皮带名称，在皮带启停操作界面中点击“启动”和“确定”，启动四煤主运流程。 第四步：停车顺序相反。先停四二二部皮带，再停四二高强皮带。 检修模式开车： 第一步：点击主控制界面左侧“井下皮带控制模式选择”按钮，在控制模式选择界面中点击模式选择旋钮，使旋钮指向“检修”，点击“确定”按钮，关闭控制模式选择界面。 第二步：检查各条皮带传感器保护信息。确保皮带各传感器无保护信息输出。 第三步：根据 现场检修人员的要求，点击皮带名称，在皮带操作界面中点击“启动”或“停止”来启停皮带。 3）二煤给煤机、四二给煤机 二煤给煤机、四二给煤机有“手动”、“检修”两种开车模式。“手动”模式下，给煤机与主井皮带闭锁，检修模式下不闭锁。（给煤机在就地开模式下，与主井大皮带不闭锁，故需要注意在主井大皮带停止时，要向给煤机打停点信号）。 第一步：检查确定各部皮带通讯正常（绿色表示正常，红色表示不正常），切达到“手动” 模式。 第二步：把给煤机打到“手动”下； 第三步：开车。在皮带启停操作界面中点击“启动”和“确定”，启动 给煤机皮带。 第四步：停车。在皮带启停操作界面中点击“停止”和“确定”，启动给煤机皮带。 作注意事项 1、皮带集控司机注意事项 1）系统开启过程中，切勿手动开启其他程序，以避免系统发生应用程序混乱。 2）皮带开车前首先查看上位机的通信、皮带的保护等是否正常，如果通信不正常主要有两个原因：现场 没有上电和通信传输线路中断。 3）主控画面右下角显示各条皮带的通信及保护状态，绿色表示正常、红色表示故障。 4）集控开皮带时，务必保证各条皮带打到集控模式下。煤楼皮带、主井皮带、二煤高强皮带、四二高强皮 带由皮带机头转换，二煤转载皮带、二煤上仓皮带、四二二部皮带、二煤给煤机、四煤给煤机由集控人员转换（皮带现场转换开关必须达到开状态）。否则无法启动。 5）当上位机开车出现无法开启的情况时主要原因如下： 1、皮带通信中断； 2、皮带故障或保护； 3、现场没有具备开车条件，如：操作台按钮没有指示到正常位置、电机开关 36 没有上电、控制