梁宝寺胶带输送机电控系统技术方案.doc

山东梁宝寺能源有限公司煤矿胶带输送机集控系统山东梁宝寺能源有限公司煤矿胶带机集控系统技术方案天地（常州）自动化股份有限公司煤炭科学研究总院常州自动化研究院2010年3月目 录一、概述41、自动化控制的优点42、我们的产品优势分析5二、系统优势、性能及特点71、系统优势72、系统性能83、系统特点84、控制软件特点10三、方案设计101、梁宝寺能源公司煤矿胶带机电控系统技术要求及具体参数102、系统搭接关系图113、设计原则及标准114、具体设计13四、系统主要设备简介171、KJD30Z矿用本安型工业控制计算机172、KDK8矿用多功能控制驱动器183、KDK9多功能控制驱动器204、KCC2-2总线式通用I/O接口215、KCC2-5总线式通用I/O接口226、各类保护传感器23五、地面集控主站（工控机）部分图形界面展示25井下胶带机电控系统技术方案一、概述1、自动化控制的优点高产、优质、安全、节能、省力，减少岗位人员，最终达到降低成本，提高劳动生产率以获取最大利润是当今煤炭企业在竞争中生存的基础，煤矿要发展、要生存，必须走高产、高效、实现矿井自动化之路，通过自动化建设实现减员增效、降低成本，提高劳动生产率，而胶带运输系统的自动化控制是煤矿自动化的主要部分。实现胶带运输系统的自动化控制：第一、高可靠性的传感器可以保证煤矿的安全生产，防止胶带打滑、冒烟、纵撕等重大机电事故及人身事故的发生，改善工作环境，提高劳动生产率。第二、具有高智能性、高可靠性和操作简单的主控制器的应用可大量减少相应的岗位人员，减少工资投入，并可充实设备维护检修队伍，提高维护质量，减少事故发生，变发生事故后的被动检修为主动的定期检修，提高设备的使用率。第三、可通过皮带的顺序控制，减少皮带空转，提高有效的开机率，减少无功电耗，降低成本。第四、可有效的保护胶带运输机，延长胶带的使用寿命，减少事故停机时间，提高运输能力，增加出煤量。2、我们的产品优势分析我公司是国内最早进行计算机监控技术研究的单位之一。1983年，我国第一套煤矿计算机监控系统阳泉三矿二号井胶带运输计算机监控系统，通过部级鉴定并获山西省科研成果二等奖。在此基础上，我们不断跟踪国际最新技术发展，开发了一系列具有国际先进水平的胶带机监控产品，始终保持该领域的国际先进水平，其中“KJD2型胶带输送机监控系统”获煤炭部科技进步二等奖，“KJ2002型胶带机微机防爆电控成套装置”获国家科技进步三等奖、能源部科技进步二等奖，“KJ2019矿用经济型胶带输送机电控成套装置”获煤炭部科技进步三等奖。随着现场总线技术和计算机技术的飞速发展，我们将CAN总线与嵌入式工业计算机应用于煤矿井下，利用现场总线、计算机控制技术、网络技术、工业电视技术和传感器技术，开发出了新一代胶带机控制系统。该系统使得胶带机的控制、保护以及检测功能更加丰富完善，并且具有彩色大屏幕动态图形显示，故障自诊断等先进功能，实现了胶带机的全过程自动化无人值守控制，为煤矿的安全高产打下了坚实的基础。CAN总线式胶带机控制系统可实现多条胶带机或设备的集中控制和监测，安装调试非常简单方便（均为接插式安装），可靠性高、维护量少，无须编程及专业人员指导。完全避免了以往胶带机控制系统使用复杂难以掌握的缺点。2.1 高可靠性、简单方便的安装调试源于高效能的CAN总线。CAN总线是国际化标准总线，由此建立的监控通信接口协议，有利于各生产设备的集中监控，遵守该通信接口协议的任何设备能透明接入监控中心。CAN总线具有如下特点：（1）可靠性：CAN突出的差错检验机理，具有5种错误检测、出错标定和故障界定；CAN传输信号为短帧结构，因而传输时间短，受干扰概率低。这些保证了出错率极低。另外，CAN节点在严重错误的情况下，具有自动关闭输出的功能，以使总线上其它节点的操作不受其影响，因此，CAN具有高可靠性；（2）实时性：CAN的传输信号采用短帧结构（有效数据最多为8个字节），和带优先级的CS-MA/CA通信介质访问控制方式，对高优先级的通信请求来说，在1Mbps通信速率时，最长的等待时间为0.15ms，完全可以满足现场控制的实时性要求；（3）开放性：CAN总线是一种架构开放、广播式的新一代网络通信协议；正是因为我们充分利用了CAN总线的高通信速率、高可靠性、连接方便、通讯协议简单等优点，才使得我们的系统非常适用于煤矿井下具有复杂恶劣环境的总线式自动化控制系统。2.2 稳定可靠操作简单的嵌入式工业控制计算机及智能I/O设备（1）嵌入式综合监控主机嵌入式综合监控主机是由采用嵌入式技术构成的通用的控制器硬件环境和一个专用的应用软件所组成的整体。在硬件、软件两方面保证了系统的稳定性和可靠性。采用嵌入式计算机为管理控制核心，以WINDOWS CE为通用软件平台，可完成非常复杂的功能；存储介质采用电子硬盘，由于没有机械式硬盘的转动部分，使系统更加稳定可靠，加上先进的flash技术，更使电子盘的使用寿命长达10年；设备显示采用12.1”TFT彩色液晶显示器，操作界面简单方便，显示内容丰富；多类型端口配置，使得系统组网灵活，便于组成全矿井综合自动化系统。（2）智能IO设备智能IO设备安装简单方便，功能丰富，具有开关量与模拟量的输入输出功能，其通过CAN总线与主控制器进行实时通讯。二、系统优势、性能及特点1、系统优势（1）以嵌入式计算机技术、现场总线技术为核心的，集现代分布控制技术、网络技术及组态软件为一体的系统。（2）本安型嵌入式计算机：作为主机，集中了上位机和PLC的功能，并具有体积小、轻及高效率的特点；（3）双向数据总线：以现场总线和其它协议的双向数据总线为主的通信方式，联接各种传感器和执行器，构造了优异的系统结构。使得系统联接简便，电缆用量少，控制范围大，特别适合胶带输送机等沿线分布设备的控制；（4）多种智能传感器和执行器：用分布控制技术提高了系统的可靠性；（5）工业以太网技术：具有丰富的组网集控功能，方便地接入全矿井的综合自动化系统。（6）专业的组态工具：可在“向导”的指引下完成系统的“编程”工作，无需掌握PLC或计算机的编程知识，只要了解胶带机系统的工艺要求、设备组成即可。2、系统性能（1）具有对各种驱动模式下胶带输送机的一般起停、软控起停、下运起停等控制功能；（2）具有胶带跑偏保护、打滑和超速保护、沿线急停闭锁和故障位置检测、堆煤检测、等完善的检测保护功能；（3）具有12彩色液晶显示器，可直观地显示各被控设备的工作状态及运行参数，系统设备的工作状态，显示功能丰富；（4）具有对胶带机跑偏、闭锁、纵撕、超温、打滑、烟雾、堆煤、洒水、电机故障等故障显示和报警提示及记录功能；（5）完善的权限管理功能，操作记录和事件记录功能（6） 控制机具有以太网接口，通过网络接口和OPC协议直接与全矿井平台互联。（7）“向导”式的系统组态方式，不需计算机或PLC的编程基础；（8）可选择远程联动、本机集控、单机控制、驱动器手动4种操作模式;（9）系统可自动检测3C总线上的智能设备3、系统特点（1）主控机是集上位机、PLC、工业电视监视器为一体的多功能本安型控制机a. 友好的人机界面。12”的TFT液晶显示器，800*600、16位色彩。“软键”和鼠标按钮。b. 显示界面可组态。c. 可现场修改相关的工艺参数。d. 多种运行数据的分析处理功能、运行数据的存贮功能，事件的记录及存贮。e. 多级操作权限管理，完善的操作记录。（2）丰富的组网能力、接入门槛低a. 具备以太网接口，可直接接入工业以太网，符合当今的技术发展潮流和趋势。b. 对于不具备以太网的场合，可使用RS485接口(MODBUS RTU协议)。（3）完备的专业控制软件和组态平台系统的“编程” 十分方便。通过专业的组态平台，编程者无需掌握PLC或计算机的编程知识，只要了解胶带机系统的工艺要求、设备组成。在“向导”工具的引导下，完成“设备选择”、“端口指定”、“参数设定”等配置工作，即可完成全部的“编程”任务。（4）稳定可靠、接口丰富的总线设备 在对CAN总线多年研究的基础上开发出了专用于煤矿井下皮带集控的各类总线设备，控制系统可直接接入：开关量、4-20mA、1-5V、200-1000Hz、Pt100等多类型信号无需进行任何信号转换减少了中间环节，使得各类信号的采样、处理更加可靠精确；（5）外围的保护传感器精确可靠 经过多年的摸索和总结，开发出了多款专用于煤矿井下皮带集控系统的保护传感器，例如自动获取地址位置信息的总线式急停闭锁开关、可检测胶带机正/反向运转的总线式速度传感器、采用非接触方式测温的高可靠性红外温度传感器、具有高灵敏度的烟雾传感器等等。4、控制软件特点（1）实时保护：重要参数以及报警的动态图形显示，可设置故障时报警或停车；（2）扩展功能：功能强大的库管理以及组态，修改参数、修改设备端口、新加设备或者对象不需修改程序直接添加；（3）联网接口：控制机（本安计算机）可通过标准的工业级OPC、RS485（MODBUS RTU协议）接口将数据传至上位机，实现远程动态实时监控；（4）图形界面：友好美观的操作界面，动态图形显示，设备运行状态、控制事件、故障报警、班次开停统计等信息一目了然；（5）数据存储：丰富的数据存储以及历史数据查看功能；（6）操作模式：本机单控，本机集控，远程联动，驱动器手动等多种可供设置的控制模式，使系统控制更加方便实用；（7）自诊断功能：系统具有自诊断功能，能及时报告故障时间、位置 、类型等信息，更便于维护。三、方案设计1、梁宝寺能源公司煤矿胶带机电控系统技术要求及具体参数设备名称长度m功率kw电压kv倾角带宽m带速m/s驱动方式备注东翼皮带6503552101.23.15限矩形1煤仓3300一部330400210221.23.15限矩形1给煤机3300二部16503552101.23.15限矩形1煤仓西翼皮带7503552101.23.15限矩形1煤仓1给煤机3400一部6303552101.23.15限矩形1煤仓3400二部8003552101.23.15限矩形3400三部8003552101.23.15限矩形2、系统搭接关系图3、设计原则及标准3.1设计遵循的原则先进性：系统为当今工业控制系统的领先产品，控制器为国内领先的本质安全型控制。系统可对整个生产过程进行集中监控，能实时采集和显示现场各生产环节设备的运行状态，具备数据处理及与矿井综合控制系统联网功能。可靠性：系统具有自诊断功能和故障处理能力，冗余设计，保证系统的可靠运行。安全性：系统具有多重抗干扰技术和高防护等级设计，保证设备安全可靠运行。系统中设备均选用本质安全型设备，安全程度更高。扩展性：系统的软硬件留有充足的扩展余量，以保证将来的技术和产品升级。开放性：系统具有标准通用的MODBUS 485协议、OPC协议，可以方便的与其它软件平台汇接。3.2 皮带集控系统涉及的主要内容实现地面调度中心对井下多条运输胶带机或设备的集中控制和监测，实现包括顺逆煤流程序控制和运输系统的优化控制。充分满足现场运行和检修要求。从而保证整个系统运行可靠、故障率低、维护方便和修改灵活。皮带控制系统由地面控制中心、井下监控分站及系统信号传输部分组成。采用集散型系统结构，结构合理，信息共享，达到减人提效的目的。各监控分站要具有灵活和可靠的控制功能，简单实用，易于掌握，具有液晶屏幕显示，人机界面友好。皮带控制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；系统结构合理，便于系统的扩展。皮带控制系统要求具有多种控制方式：远程控制、单机自动、单机手动方式。皮带控制系统要求具有多种保护装置：打滑保护、温度保护、烟雾保护、洒水保护、堆煤保护、沿线跑偏、拉绳急停、纵撕保护等。3.3煤炭安全监控系统技术设计标准1)、GB3836.1-2006 爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求2)、GB3836.2-2006 爆炸性气体环境用电气设备第1部分：隔爆型“d”3)、GB3836.4-2006 爆炸性气体环境用电气设备第1部分：本质安全型“”4)、MT209 煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求5)、MT571.1 煤矿用带式输送机电控系统6)、MT817 煤矿用带式输送机电控装置7)、MT872 煤矿用带式输送机保护装置技术条件8)、煤矿安全规程（2009）4、具体设计根据减员增效、可靠先进的设计原则，系统拟采用天地（常州）自动化股份有限公司的具有国际先进技术的KJ161型总线式胶带机电控系统。KJD30Z是目前国内唯一的CAN总线嵌入式矿用本安型控制器，无需编程，界面友好，依照界面指示通过面板上的操作键即可对胶带机进行控制。4.1系统组成（1）地面集控部分地面集控部分由：工控机、传输设备、组态软件、不间断电源等组成，用以实现系统的地面远程监控功能。（2）井下现场部分在每条胶带机的机头设置一台KJD30Z本安嵌入式工业控制计算机作为该条胶带机的主控制器，主控制器通过CAN总线将皮带沿线各设备连接起来。在靠近主控制器的位置设置KDK8总线式矿用多功能控制驱动器，此设备可实现对胶带机的手动控制；此外在胶带机机头还装有烟雾、堆煤、超温、洒水等保护传感器。胶带机沿线每100米处安装一台KGV5总线式急停闭锁开关，沿线每200米处安装一台KXT22.2通信信号装置分机，在沿线的适当位置安装跑偏及纵撕传感器。单条胶带机系统组成图（3）地面集控与井下现场间的连接拟通过工业以太环网进行地面控制室与井下监控站之间的信号传输。 3400三部、3400二部、3400一部接入四采区2#变电所的环网；3300一部接入一采区变电所；3300二部接入-816泵房；东翼皮带和西翼皮带已经接入环网。4.2系统监控信号4.2.1保护信号：打滑、超速、堆煤、烟雾、跑偏、急停闭锁、电机内部温度（需电机内部预埋Pt100铂电阻）、驱动滚筒温度（选配）、洒水、纵撕等；4.2.2状态信号：主电机运行状态、制动闸状态、软起动器运行状态、给煤机状态，联锁/解锁状态等；4.2.3模拟量信号：带速、电流（开关提供200-1000Hz信号）、煤仓煤位（可选）、电机内部温度（电机提供Pt100信号输出）、电机外壳温度、驱动滚筒温度（选配）等；4.2.4控制信号：主电机的开停控制、制动闸控制、软起动器控制、给煤机控制、预告控制、洒水控制、后方胶带机的联锁控制等；4.3系统技术性能4.3.1工作方式分站具有远控、就地自动、就地手动三种工作方式a. 远控：接收来自主站的起车和停车指令，自动按顺序起动、运行、联锁与保护、停车全过程的控制和监测。b. 就地自动：分站将工作方式设置为就地自动控制时，则胶带机的起停直接由KJD30Z矿用本安型工业控制计算机控制，该分站不受地面控制室监控主站的遥控，即不接受主站的控制命令，但仍将各种状态及保护信号传给主站；这样主站仍可监测该分站。c. 就地手动：分站将工作方式设置为就地手动控制时，则胶带机的起停将通过KDK8矿用多功能控制驱动器上的转换开关进行控制，该分站不受地面控制室监控主站及KJD30Z矿用本安型工业控制计算机的控制。4.3.2控制功能（在远控、就地自动工作模式下）a. 起动：接到起车指令后，首先以语音方式发起动预警告，然后按胶带机启动工艺流程按顺序启动各台受控设备，自动控制皮带运行。b. 停车：接到停机指令后，首先停给煤机，待皮带上煤拉空后，待带速降到0.5m/s（可调）时，制动闸抱闸。c. 紧急停车：接到紧急停机指令或出现停车保护故障信号后，同时停给煤机及主电机。当带速降到1.0m/s（可调）时，制动闸抱闸，停机。d. 联锁控制：与前后皮带及给煤机自动联锁运行。4.3.3显示与记录功能（1）状态显示主站、分站上动态模拟显示胶带电机（设备）的运行参数，给煤机的开停状态、闸状态指示等。（2）故障指示主站、分站上实时显示各胶带机跑偏、闭锁、纵撕、超温、打滑、烟雾、堆煤、洒水、电机故障等故障信号。（3）模拟量显示主站、分站上实时显示闭锁位置、跑偏位置、皮带速度、电机电流（开关具有200-1000Hz频率信号输出）等。（4）记录和历史查询功能主站、分站提供对操作、开停、电流、传感器状态、故障、开机次数统计、运行状态等数据的记录和查询功能。4.3.4语音通话功能KJD30Z矿用本安型工业控制计算机内部集成了语音通信信号装置，沿线KXT22.2语音通信信号装置可就近接入闭锁开关。实现了胶带机沿线起动语音预告、打点信号联络以及语音通讯功能。4.3.5组网功能（1）主站通过工业以太环网或者RS485与各分站进行通讯。（2）地面控制室的主站可以通过网络交换机进入矿井环网，通过OPC接口实现信息共享。四、系统主要设备简介1、KJD30Z矿用本安型工业控制计算机KJD30Z矿用本安型工业控制计算机是矿用本质安全型设备，适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境,作为各种设备的自动控制装置，它具有逻辑控制及远距离数据传输等功能，可以适应各种控制对象，满足不同复杂程度的控制要求。KJD30Z矿用本安型工业控制计算机运行主界面（1）防爆型式：矿用本质安全型，标志为“Exib”。（2）使用环境环境温度：040；空气相对湿度：不大于95%（+25）；大气压力：80kPa106kPa ；无显著振动和冲击的场合；煤矿井下有瓦斯煤尘爆炸危险、周围无腐蚀性气体的环境。（3）工作方式：连续工作。（4）外形尺寸及重量外形尺寸（宽高深）: 524mm489mm302mm。重量：30kg（5）接口类型和数量1个以太网口；4个RS485口；2个CAN总线口；1个扩音电话口。（6）显示12.1”TFT LCD彩色液晶显示屏；分辨率不大于800600。（7）主要功能a) 信息交换：通过通信接口接收、处理并与其他设备交换。b) 显示功能：工艺设备的运行状态，生产工况参数，设备故障状态等。c) 语音通讯（KJD30Z）：通过3C总线与沿线设备通话。2、KDK8矿用多功能控制驱动器KDK8型矿用多功能控制驱动器是矿用隔爆兼本质安全型设备，适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境。为矿用本质安全型设备提供本质安全型电源，并能转换本质安全型和非本质安全型的输出控制触点。可采集该设备的输入、输出口状态，并发送到总线上，也可接收总线上的信号，控制设备的输出状态。多功能控制驱动器是矿用本安型控制机、智能闭锁开关等设备的配套产品。（1）外型尺寸(长宽高)： 764313659 (mm) （2）重量：约180kg（3）防爆型式：矿用隔爆兼本质安全型，标志为ExdibI。（4）使用环境条件：环境温度：040；空气相对湿度：不大于95%（+25）；大气压力：80kPa106kPa ；无显著振动和冲击的场合；煤矿井下有瓦斯煤尘爆炸危险、周围无腐蚀性气体的环境。（5）电源a) 输入：单相交流660/380/220/127V，50Hz； 电压变化范围：75%110%；b) 输出：交流电源： 一路220V/200W；直流电源: 两路15V直流本安电源；两路18V直流本安电源；（6）信号输入与输出8路本安开关量（无电位接点）信号输入；8路非安开关量（无电位接点）信号输入；8路继电器接点信号输出，输出接点容量为交流220V/5A(阻性负载)；（7）通讯： 采用CAN总线无主通讯；（8）控制方式a) 自动控制：接收CAN总线的相关命令控制输出；b) 手动控制：通过旋钮开关控制输出；（9）接线嘴数量：18个（10）工作方式：连续工作。3、KDK9多功能控制驱动器KDK9型矿用多功能控制驱动器是矿用隔爆兼本质安全型设备，适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境。可采集该设备的4路输入口状态，并发送到总线上，也可接收总线命令，控制4路输出口动作。KDK9型多功能控制驱动器主要用于胶带机沿线给煤机、中部驱动等的控制。（1）防爆型式：矿用隔爆兼本质安全型，标志为ExdibI。（2）使用环境条件a）环境温度：040；b）空气相对湿度：不大于95%（+25）；c）大气压力：80kPa106kPa ；d）无显著振动和冲击的场合；煤矿井下有瓦斯煤尘爆炸危险、周围无腐蚀性气体的环境。（3）供电电源：单相交流660V/220V/127V，工频50Hz；电压波动范围：75%110%。（4）信号输入与输出a）输入4路本安开关量信号输入，高电平时，信号幅度应不小于2.5V；低电平时，信号幅度应不大于1V；4路非安开关量（无电位接点）信号输入。b）输出4路继电器常开接点信号输出（非安），输出接点容量为交流220V/1A(阻性负载)。4路开关量输出信号（本安）：无源光耦CE输出，截止时，输出正与输出负的电阻不小于100K；而导通时灌入2mA电流,输出端电压不大于2.5V；（5）控制方式a）远程控制：接收CAN总线的相关命令或4路本安开入控制4路继电器接点输出，且输出受控制信号、联锁信号控制。b）就地手动：通过4个按钮开关控制4路继电器信号输出，且输出受控制信号、联锁信号控制。c）就地检修：通过4个按钮开关控制4路继电器信号输出。4、KCC2-2总线式通用I/O接口KCC2-2总线式通用I/O接口主要作为信息采集和传输装置，为本质安全型产品。该通用I/O接口采用CAN总线无主传输方式，具有多种输入和输出方式，通用I/O接口联检后能与煤矿安全监控系统配套使用。（1）防爆型式：矿用本质安全型，标志为“Exib”。（2）环境条件a环境温度： -20+40 b平均相对湿度： 不大于95（+25） c大气压力： 80106kPa d煤矿井下有瓦斯、煤尘等爆炸危险的环境 （3）电源电压： 直流 9V20V;（4）传输：CAN总线无主方式传输 （5）输入输出信号：KCC2-2型总线式通用I/O接口具有4路模拟量输入（200-1000Hz），2路本安开关量输入（无源光耦输入），2路本安开关量输出（三极管CE极输出）5、KCC2-5总线式通用I/O接口KCC2-5型总线式通用I/O接口主要用于连续固定采集煤矿井下电机中Pt100电阻值，经过单片机处理使其转换为对应的电机温度值，实现电机温度检测功能。本通用I/O接口为矿用本质安全型产品，具有稳定可靠、使用方便等特点。本通用I/O接口使用CAN信号输出，联检后能与各种煤矿安全及生产监测监控系统配套使用。技术参数（1）使用环境条件 a) 大气压力：80kPa106kPab) 温度：040；c) 相对湿度：95(+25)d) 无剧烈振动和冲击的场所e) 周围介质无腐蚀性气体f) 含瓦斯、煤尘等爆炸性混合气体、但无淋水和明显振动及冲击的场所（2）电源：工作电压范围DC9VDC19V，工作电流不大于45mA，爆炸性气体环境使用时，由KDW15A、KDW16A、KDK8等（关联设备）电源供电。（3）输入输出a) 输入信号：8路Pt100电阻信号，测量阻值范围100175.86，基本误差不大于1.0%（相对于满量程）；b) 输出信号：输出信号为标准的CAN总线信号。（4）防爆型式：矿用本质安全型，标志为“Exib”。（5）外形尺寸及重量外形尺寸（lbh）mm：32021070 重量：约2kg；6、各类保护传感器6.1总线式急停闭锁开关KGV5总线式急停闭锁开关适用于煤矿有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境，也适用于煤炭、冶金、化工、建材等矿山以及选煤厂、热电厂、钢铁厂、港口、粮库等使用环境，用于输送机沿线拉绳紧急闭锁保护和控