煤码头皮带机无人值守系统研究与应用.doc

煤码头皮带机无人值守系统研究及应用王来平 (皖江物流裕溪口煤码头分公司 安徽 芜湖 241000)摘要：介绍了煤码头皮带机无人值守系统的解决方案和实际应用。该系统利用传感器、PLC控制、视频监控和计算机等技术，由在线状态监测系统、视频监控系统、集控系统和流量控制系统四部分组成,实现煤码头皮带机系统的“一键启动”和无人值守功能。关键词：皮带机；在线监测；PLC控制；无人值守1背景皮带机是煤码头广泛使用的运输设备，主要作用是连接各大型专用设备（如翻车机、斗轮机、装船机），将煤炭输送至大型设备或承接大型设备输送的煤炭。传统的煤码头皮带机系统的操作主要还是依靠现场皮带司机，为了保障安全生产，需配备大量的操作司机。传感器、PLC控制、计算机技术、视频监控和皮带机保护装置的快速发展为实现皮带机系统无人值守提供了技术条件。通过组建皮带机无人值守系统，可以实现煤码头生产的“一键启动”，同时可以在集控室显示皮带机系统的运行状态；系统运行异常时，自动根据等级采取相应的保护措施。2 问题的难点和解决方案2.1 问题的难点 一是能实时监视皮带机系统运行状况。能在实时监视皮带机各类设备运行参数、保护参数和环境参数，如：电流（电动机等）、温度（轴承、减速机油液、耦合器油液等）、振动值（驱动装置）、速度（滚筒）、皮带跑偏、皮带撕裂等；二是能实现皮带机系统“一键启停”。能根据生产计划需要，组合相应的皮带机系统并实现“一键启停”；三是能分析处理皮带机系统异常状况。当皮带机系统的设备运行参数、保护参数和环境参数出现异常时，能即时分析并采取对应的措施；四是能控制和监视煤炭流量。能根据作业要求，控制给煤机给煤量并实时监控系统流量。2.2 解决方案（1）在线状态监测系统。该系统主要由传感器系统、PLC系统和信息处理系统组成。其中，传感器系统实时在线监测皮带机运行时的电压、电流、温度、速度、振动及保护信号等各类数据,实时监控皮带机的运行时各部位的状况；PLC系统主要是负责传感器数据的及时收集、转换、分析和交换工作，当数据发生异常时，能根据预先的设置，采取报警或停机措施，确保皮带机安全运行；信息处理系统主要负责数据的储存、分析、处理工作，实现故障在线诊断和自动生成各类报表。（2）视频监控系统。在现场皮带机落煤点和机房内外重要部位安装高清摄像机，采集被监视部位的视频图像和报警信号等信息，通过光纤实时传输至后方控制室，控制室安装监视器等设备，操作人员可直观、实时的监控和记录现场皮带机料流和设备运行实况。（3）集控系统。系统采用可编程控制器实现多条皮带机自动化集中操作，可实现皮带机系统程序“一键启停”，集中联锁、事故闭锁等功能；系统可根据皮带机作业的不同要求，提供相应的控制模式。（4）流量监控系统。在给煤机的输出端皮带机上安装高精度皮带秤，对给煤量进行实时称量，皮带秤的数据由PLC控制系统进行实时采集。在PLC控制系统设置设定所需要的流量，PLC控制系统根据皮带秤反馈的给煤量和事先设定流量的差值来调节给煤机的给煤量，达到与设定流量相一致。在皮带机系统出口处安装皮带秤，监控系统煤流量。3 具体技术应用3.1 某煤码头简介某煤码头位于长江北岸，有卸车线两条，每条卸车线上安装两台螺旋卸车机，其下方有十四个漏斗，每个漏斗安装一台给料机，堆场设备主要是两台斗轮堆取料机。前方有一座5000吨级装船码头，装有一台直线摆动式装船机。卸车机、斗轮机和装船机通过皮带机系统连接，码头前后方各有10KV变电所一座。矿区煤炭通过铁路运至煤码头卸车线，煤炭经卸车机卸至漏斗，人工控制给料机煤流量，经皮带机转运至斗轮机进行堆放，也可直接转运至装船机进行装船作业。皮带机控制主要是传统的接触器系统，所有皮带机机房都安装有启动箱，机旁设有急停拉线开关和警铃。皮带机启停靠司机控制，生产时司机需不断巡回监视其运行状况。3.2系统的构成该系统主要由在线状态监测系统、视频监控系统、集控系统和流量控制系统四部分组成。（1）在线状态监测与故障诊断专家系统。主要有现场PLC分站、后方变电所PLC总站和集控室上位机系统组成。PLC 硬件全部选用美国AB公司ControlLogix 系列的控制系统产品。在现场坑道和各皮带机房安装PLC分站，在皮带机驱动装置和各滚筒处安装振动、温度、速度传感器，在皮带机适当部位安装跑偏、纵向撕裂、断带抓捕等检测装置，在下料斗适当部位安装堆煤开关，在机房安装温度和烟雾传感器。各传感器和检测开关信号与PLC输入模块相接。总站通过控制网ControlNet 与各分站相连，通过DeviceNet网络采集E3 Plus信号。PLC对各类信号进行分析判断，当数据超过预定值时，自动采取报警或停机措施。集控室上位机和PLC总站通过光纤连接，上位机组系统数据库软件使用SQL Server2005，利用RSView SE的VB接口，来实现上位机界面与现场数据之间的传送。故障诊断专家系统是基于VC+6.0开发环境设计的，利用组态技术的可扩充性，采用ADO通讯实现组态软件与专家系统的数据交换。生产信息管理系统能每班自动生成运行报表。（2）视频监控系统。主要是由图像采集、传输、存储、显示与控制和系统集中管理平台组成。在各皮带机的落料点、机房驱动装置和皮带机系统关键点出安装IP摄像机，后方变电所安装ST-NVRC300EHD系列多路实时嵌入式系统网络视频录像服务器，集控室安装ST-DVM5000D系列音视频数字矩阵系统、视频解码器、ST-VMP8800高清数字视频监控管理中心平台和LED显示屏。现场图像通过光纤实时传送至集控室，集控室操作人员能实时地观察各点情况，以便及时做出判断和处理。(3) 集控系统。该系统控制器采用美国AB公司ControlLogix系列PLC，在后方变电所设置控制主站，在前方变电所设置控制分站，主站与分站之间通过ControlNet网络进行通讯，主站通过光纤接入到集中控制室上位机。上位机采用AB公司RSView工控组态软件，编程采用RSLogix 5000编程软件工具。上位机负责整个皮带机系统的控制操作，可实现皮带机系统的“一键启停”。皮带机系统以三种模式运行：顺序控制、单机集中控制及单机就地控制。采用顺序控制模式时，系统由集控系统统一安排，按照一定的启动或停车顺序及联锁逻辑进行自动控制；当使用单机集中控制模式时，皮带机由操作员在操作员站上进行手动启停；当皮带机需要维护、检修时，可转为单机就地控制模式。(4) 流量控制系统。在坑道给煤机输出端皮带机和斗轮机出口端皮带机上安装南京三埃公司的8单元阵列式皮带秤，皮带秤的数据由PLC控制系统进行实时采集并传送到集控室。可在集控室上位机设定坑道给煤机皮带所需流量， PLC控制系统可自动调节给煤机的给煤量至设定流量。在斗轮机悬臂皮带安装4单元阵列式皮带秤，数据直接传送至司机室，斗轮司机根据皮带机流量，人工调节取煤量。4 结语煤码头无人值守系统应用了传感器、PLC控制、视频监控和计算机等技术，实现煤码头生产的“一键启动”和无人值守功能。该系统的应用为煤码头节约了人力资源，提高了生产管理效率，降低了生产现场人身事故发生概率。参考文献1汤颖. AB 变频器、PLC 及上位机的以太网通讯J.机械与电子，2014（7）：64-87.2王贵成. 洗煤厂集中控制系统升级改造方