基于PLC的沙章图矿井综合自动化子系统研究

2012/12/27 13:31:13

基于PLC的沙章图矿井综合自动化子系统研究

吴雷1 张冬霞2

1新汶矿业集团有限公司,内蒙古鄂尔多斯市，（016200）

2新汶矿业集团有限公司,内蒙古鄂尔多斯市，（016200）

摘要：本文主要介绍了基于PLC的沙章图矿综采工作面监控系统和主煤流运输集控系统的两个子系统设计，综合自动化系统不仅实现在统一平台上的监测监控，同时将各个子系统进行集中报警，杜绝了原有单一系统信息孤岛的现象，操作人员可通过统一报警平台及时掌握各地点的生产况。

关键词：PLC；监控系统；集控系统；胶带机控制站；Modbus协议

Research of the Shazhangtu mine integrated automation Sub system based on PLC

Wu-Lei1 Zhang Dong xia2

1Xinwen Mining Group Co. Ltd, Inner Mongolia Erdos City, 016200, China

2Xinwen Mining Group Co. Ltd, Inner Mongolia Erdos City, 016200, China

Abstract: In this paper, mainly introduced the design of Shazhangtu mine sub system which are fully mechanized coal mining face monitoring system and the main stream of coal transportation control system, the integrated automation system not only to achieve the unified platform monitoring, at the same time, each subsystem are centralized alarm, put an end to the original single system information isolated island phenomenon, and the operating staff can through the unity alarm platform grasp all sites of production condition.

Key words:PLC; monitoring system; control system; tape machine control station; Modbus protocol

0 引言

沙章图煤矿综合自动化平台作为实现全矿井的数据采集、生产调度、决策指挥的信息化基础平台，通过联动报警有效预防和及时处理各种突发事故和自然灾害，为矿井安全生产提供有效手段，为矿井信息化的应用和发展奠定基础。在本规划中，矿井综合自动化平台作为生产执行层，一方面实现各子系统在统一界面下的监测监控，另一方面将归档数据完整的传递到矿井综合信息平台，为生产管理系统提供设备动态信息。

1综采工作面监控系统

在沙章图矿井井下各综采工作面设PLC监控站。将工作面设备配电控制用的电气组合开关各种电量信号采集到PLC控制站。通过工业以太网模块，实现各个综采工作面电量信号和电液阀动作信号的上传功能。控制站外壳采用隔爆控制箱，控制电源供电选用隔爆电源。

该控制站作为井下综采工作面监控系统与矿井综合自动化网络的连接桥梁，将该系统接入到矿井综合自动化系统的井下光纤工业以太环网上。在矿井生产调度指挥中心可观察到综采工作面各个设备的电量参数。通讯协议采用TCP/IP协议。

2系统设计

在综采工作面顺槽设置防爆PLC控制站，主控装置采用知名品牌PLC。控制站配置相应的通讯模块与泵站电控系统和组合开关控制系统预留通讯接口（如Modbus通讯协议）进行通讯，将组合开关的各种电量信号采集到PLC控制站[1]。同样，利用通信模块将支架、采煤机等相关信息采集到PLC控制站。控制站配置工业以太网模块，实现综采工作面信息的上传功能。控制站外壳采用隔爆控制箱，控制电源供电选用隔爆电源。

在综采工作面设置井下低照度防爆摄像头，通过光缆将现场视频信号传输到调度中心。

图1 综采工作面监控系统示意图

该控制站作为综采工作面监控系统与矿井综合自动化网络的连接桥梁，将综采面监控系统接入到矿井综合自动化系统的井下光纤工业以太环网上，通讯协议采用TCP/IP协议[2]。在矿井生产调度指挥中心可观察到综采工作面各个设备的电量参数。

3系统接入

综采面监控子系统已经建设完成，系统接入工业以太网[3]（子系统具备工业以太网接口模块直接接入环网如图1所示；系统具备Modbus等485接口通过协议转换器，转换为以太网接口接入环网[4]，如图2所示）。

图2 综采工作面监控系统示意图

4系统功能

（1）实现在线监测工作面设备工况及故障并传输到地面调度中心，监测的内容包括：

1）监测采煤机的牵引速度、方向、位置。

2）监测采煤机的电机电流、电机温度、缺水信息。

3）测液压支架的工作状况。

4）监测泵站、动力中心的工作状态、参数、故障信息。

5）监测刮板机、转载机、破碎机运行状态及相关参数。

6）监测被控电机工作电压，电流，温度，启动状态，故障状态。

7）移动变电站信息、组合开关信息。

（2）现场条件具备时可实现对泵站、液压支架移架的远程控制，可实现采煤机的远程启动与停车。

（3）系统还可以与工作面支架压力监测系统通过数据转换模块通讯，实时显示监测的工作面矿压情况，并将数据上传。

（4）在地面操作员站显示实时工况图，在服务器存储采集的信息，构建历史数据。

（5）在控制中心实现工作面的设备信息的WEB发布。

（6）数据以标准格式进入1000M环网，减轻了服务器的软件开销，提高了系统的稳定性和速度。

5系统应用

系统应用的上位监控如图3所示。

图3 综采工作面系统上位监控图

6主煤流运输集控系统

沙章图矿井井下主要运输方式为胶带机输送。主煤流运输集控系统的目的是对主煤流运输系统的各条皮带进行监控，对各条皮带的保护型号进行监测和分析，并将监测信息传输到地面调度指挥中心，实现对主煤流运输系统的集中调度与指挥。

7系统设计

（1）胶带机控制站

胶带机控制站采用矿用隔爆兼本安型控制器。控制分站完成整个系统的数据采集、设备控制、信息传输及网络通讯。

1）装置有各种继电器转换板、中间继电器、接触器、输入/输出隔离板等，用于信号的转换，输入信号的隔离、放大及输出控制外围设备等。对于本安型控制器还具有本安电源模块、本安/非本安隔离板等，用于本安/非本安信号的转换。

2）控制分站的控制核心器件是可编程序控制器，用于集控、就地、检修工作方式下，程序控制胶带机。PLC有通讯接口模块，可接入井下1000M工业以太网，并提供完整的控制变量表，控制系统能够在线诊断，并且其控制程序可在地面主机在线下载。

（2）安全保护

安全保护系统具有胶带机打滑、堆煤、满仓、煤位、超温洒水、烟雾、温度、沿线急停、跑偏、断带、撕裂和语音系统等多种保护和装置。

1）智能跑偏/拉线保护：对胶带机运行当中的跑偏故障进行保护和沿线出现紧急情况时进行紧急停车。由于选用的智能跑偏/拉线开关，在操纵台上可以监视到智能跑偏/拉线开关的动作位置，以便及时发现故障地点，进行处理，恢复生产。

2）堆煤保护：监测上煤点是否堵塞，出现故障能控制胶带机紧急停车。

3）烟雾保护：监测驱动部因机械摩擦产生的烟雾，并能提供信号控制胶带机紧急停车。

4）超温洒水保护：对驱动部发生火灾进行停车，洒水保护。

5）打滑保护：胶带机上安装测速传感器，连续监测胶带机的速度，并提供打滑保护信号。

6）煤位监测：通过监测传感器可以连续监测煤仓的煤位信号。

7）温度保护：通过设置在电机上的温度传感器可以连续监测电机温度，并提供温度超限报警。

8）断带保护：通过断带保护传感器监测胶带是否断裂，并能提供信号控制胶带机紧急停车。

9）撕裂保护：通过纵撕保护传感器监测胶带是否纵向撕裂，提供信号控制胶带机紧急停车。

10）胶带机语音电话系统：在胶带机沿线单独设有一路电话系统进行通话联络。

顺槽皮带胶带机控制系统示意图如图4：

图4 胶带机控制系统示意图

8系统功能

可以采集或接入各种参数、保护信号、相关设施状态信号、并具有扩展性。

（1）可以方便定义和修改所有被测模拟参数的报警值、保护动作值。

(2）实现多路控制输出，启动或停止有关设施（有的输出带延时，且延时时间可调）。

(3）控制功能：

1）启动

启动条件具备时，接收到启动命令即可开启胶带。

①启动条件

各种保护都处于正常状态。

胶带机相关设备状态满足开机条件。

煤仓煤位正常，且符合开机条件。

②启动命令

就地控制模式为就地启动按钮。

远程控制模式通过地面计算机启动按键。

自动控制命令。

在自动控制模式下，以主煤流系统各设备、设施正常，各种保护正常，其他相关信号满足启动要求为条件，由地面主控机直接按程序发出启动指令。胶带开起来后，再开起给煤机。

2）停止

分为自动停止、手动停止和故障停止三种方式。在停胶带机前，停止给煤机。

3）故障停车

当出现故障时，保护动作（立即或延时停）。如：堆煤、跑偏等各种保护任一种动作都要停胶带机。

为防止造成胶带机上堆煤，当煤仓煤位需停胶带机时，按从里到外顺序延时停机。具体高煤位与满煤位高差多少、T为多长时间，通过实际运行进行现场调整。

4）人工停车

就地按停止按钮或远程操作停止按钮时，停止胶带机运行。随后相关胶带机或设备停止运行。根据实际需要实现分块连控，既将整个煤流系统分为三个独立控制部分，各连控块之间分别独立控制运行。

9系统接入

主煤流运输集控子系统，变频、软起部分和皮带保护系统通过电控系统PLC配置的Modbus模块接入各个皮带控制子系统，各皮带控制配置工业以太网接口模块，胶带机集中控制系统控制中心设在主井井口房，通过主井井口房的上位机直接接入地面工业以太环网；数据通过标准的TCP/IP数据协议传输到调度中心集控室，以OPC方式实现与调度中心通信，实现集中控制[5]。

10结束语

沙章图矿井将建成一个统一的监测、监视、监控网络管理平台，并充分考虑现有系统和今后其它子系统的接入和整合，从而节省投资、提高系统功能：实现集中监测、监控矿井地面和井下各工序节点，可灵活地设罝监控模式，并可进行实时的高质量的视频流、数据流、信息流、语音流的传输，方便存储和检索，为实现数字化矿山奠定坚实的技术基础，全面提高企业核心竞争力和综合竞争力。