基于KJ871煤矿胶带运输监控系统的实际应用研究

蔡先振，田 禾

（1.电光防爆科技（上海）有限公司，上海 201112；2.神木县隆德矿业有限责任公司，陕西榆林 719000）

1 胶带机运输系统的现状

目前，在传统煤矿井下胶带机的胶带运输系统中，胶带机的操作、维护、检修等工作普遍采用传统的人工操作方式。传统的人工操作方式存在过程繁琐、劳动强度大、人为因素多、工作时间长、自动化程度低的缺点，已不能适应现代化矿井的管理要求。另外，这种模式存在用人量较大、高水平高素质人员较少、设备的隐蔽故障难以发现、突发故障难以及时解决等问题。面临突发故障时，值班人员又不能快速、有效地解决这些故障，从而给煤矿的安全生产造成了一定的损失。如何避免胶带机老旧设备事故的发生，以及如何快速有效地处理故障是的问题亟需解决。因此，有必要使胶带机实现自动化控制。KJ871煤矿胶带运输监控系统针对这一系列的问题提供了一整套的解决方案。

2 KJ871煤矿胶带运输监控系统应用研究分析

2.1 KJ871煤矿胶带运输监控系统工作原理

KJ871煤矿胶带运输监控系统是通过工程师站把PLC 控制器、触摸屏、视频、动力柜上的高压智能保护器、声光语音箱、预警打点语音系统、操作台、各类保护传感器等设备的各种数据和信息采集到数据库中，上位机软件平台根据实际需要对采集到的各类数据进行分析处理，把抽象的数据信息以图像、曲线或表格的形式形象地展现出来。同时，工程师站发出控制指令（如启动/停止、故障复位、参数整定命令等）传送给现场的PLC 控制器、高压智能保护器等设备来执行。

2.2 KJ871煤矿胶带运输监控系统组成结构

系统采用先进的工业以太网+现场总线+视频的结构模式，根据设备的不同功能，整个系统分为控制层、数据传输层和设备层三层体系结构。控制层负责采集分析数据并发布控制指令；数据传输层负责转换、传输数据；设备层负责执行工程师站的命令并反馈数据信息，具体设备组成见图1。

图1 KJ871煤矿胶带运输监控系统结构图

（1）控制层包括冗余工程师站（Force control 7.2软件），SQL 数据库，视频服务器，打印机，音响，UPS 电源，大屏等。

（2）数据传输层包括数据传输接口、RJ45口、千兆环网、光缆、光电转换模块等。

（3）设备层包括PLC 控制柜、操作台、声光信号器、预警打点语音系统、高压智能保护器、摄像仪、交换机、速度传感器、堆煤传感器、烟雾传感器、撕裂传感器、跑偏传感器、拉线急停传感器、张力传感器、洒水电磁阀、红外温度传感器、电机预埋温度传感器、线缆、接线盒等，控制现场的各种信号分类见图2。

图2 控制现场各类保护和信号图

2.3 KJ871煤矿胶带运输监控系统的具体功能

（1）设备的启/停遵循原则：逆煤流启动，顺煤流停止。

（2）工作模式：系统具有集控和就地2种控制模式，集中自动、集中手动、就地手动和就地检修4种工作方式。

（3）语音播报系统：起/停胶带机前，沿运输线发出语音警报，既发光又能发出语音提示；当设备故障时可准确播报故障；具备喊话、打点、沿线闭锁等功能。

（4）故障自检和故障定位功能：系统具有自检功能，当有故障时，语音箱报警播报具体故障内容，触摸屏和上位机上分别有具体故障的汉字显示与故障类型；对于沿线跑偏、拉线急停、扩音电话闭锁等故障，触摸屏会自动定位显示出故障点的具体位置。

（5）现场各类模拟量数据参数的显示功能：胶带机运行速度、电机温度、滚筒温度、钢丝绳张力、液压缸压力、动力柜的电压和电流以及功率等模拟量参数实时显示。

（6）现场各类开关量数据参数的显示功能：对胶带机启/停状态、盘闸状态、堆煤、烟雾、跑偏、拉线急停、电话闭锁、撕裂、打滑、连锁等开关量参数实时显示并对故障及时报警。

（7）参数设置功能：可以对各类保护参数根据实际生产需要进行修改设置。

（8）3D 上位机界面：上位机界面能够完整地显示胶带机运行系统各个部分的实时状态，系统通过3D 图形显示胶带机、盘闸、动力柜等设备的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁的功能进行动态显示，可以直观地显示胶带机的运行状况。用图形填充及趋势曲线和数字形式准确实时地显示速度、张力、电机温度、滚筒温度、电压、电流等模拟量参数，并根据实际需要对各类参数设置报警功能，可以用不同报警语音提醒工作人员注意。

（9）抽象数据直观显示功能：上位机软件把现场采集的各类抽象数据以采用图形、曲线、报表等形式直观地显示出来。对现场采集到的各类模拟量数据进行动态显示、低限报警、超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，并以声光报警形式提醒工作人员及时检修，避免设备损坏。

（10）上位机系统可以显示、记录胶带机的工作时间、电机启停次数，可以自动、准确地汇总各胶带运输量，生成数据报表，为开展目标成本管理、节能降耗提供参考依据。

（11）上位机显示、记录各胶带机动力柜的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、动力柜的分/合状态，为胶带机负荷量分析、升级改造、功率补偿、节能降耗等工作提供可靠的数据依据。

（12）上位机显示、记录胶带机运输系统的实时数据、历史数据、事件记录、故障记录，以便于系统的维护、维修与查找故障原因。

（13）具有WEB 发布功能，开放OPC 接口，可以实现远程发布、远程登录等功能，可以通过权限在矿区局域网和Internet 上进行访问，查询和指挥调度生产工作。

（14）高清晰度的视频画面，可以上传到矿调度室，实时了解胶带机运输现场信息。

（15）工程师站采用冗余配置，运行主机出现故障后可以保证1 min 内切换到冗余站上，数据库的数据存储时间保持在1年以上。

（16）打印功能。上位机软件提供打印预览及打印功能，对相关数据及曲线具有报表打印功能。

（17）上位机远程参数修改功能：用户可通过上位机界面或是在现场通过面板上的键盘对程序的参数进行修改，以便有针对性地对系统进行更合适地调整。

2.4 KJ871煤矿胶带运输监控系统通讯功能

（1）可编程控制箱之间采用以太网通讯，触摸屏通讯协议采用MODBUS TCP。

（2）可编程控制箱留有以太网电口和光口，可接入现场环网。

（3）可编程控制箱与声光语音箱之间采用RS485总线通讯，通讯采用MODBUS RTU 协议。

（4）沿线扩音电话为CAN 通讯。在可编程控制箱内部采用CAN/RS485的通信方式5、皮带动力柜电流、电压等数据采集采用RS485通讯方式。

（5）操作台、本安操作箱与PLC 箱之间通过硬件接点连接。

（6）可编程控制箱与变频器、软启动器等动力柜采用硬接点+RS485或TCP/IP 的连接方式。

（7）各类传感器与PLC 控制箱通过矿用屏蔽通讯电缆快速插头进行连接。

3 结束语

KJ871煤矿胶带运输监控系统是结合当前先进的计算机网络技术、通讯技术、视频技术和软件技术对矿井胶带机运输系统进行实时监控和综合管理。该系统具备多种通讯接口具有强大的第三方兼容性，具有较强的可扩展功能。该系统可有效地提高矿井胶带运输系统的自动化、信息化、智能化水平，可以可靠地实现胶带机的无人值守功能；可有效提高胶带机运输系统全生产系数；可有效提高胶带机的利用效率；可实现胶带机的自动控制和减员增效的功能；可有效降低胶带运输系统的生产运行成本。因此，对于KJ871煤矿胶带运输监控系统技术的研究与推广应用是具有重大现实意义和生产使用价值的。