基于PLC的掘进工作面输送机集控系统设计

煤　矿　机　电　

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谭长森ꎬ郭峰.基于ＰＬＣ的掘进工作面输送机集控系统设计[Ｊ].煤矿机电ꎬ２０１８(４):１３￣１５.ｄｏｉ:１０.１６５４５/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｍｅｔ.２０１８.０４.００４

基于ＰＬＣ的掘进工作面输送机集控系统设计

(１.天地(常州)自动化股份有限公司ꎬ江苏常州２１３０１５ꎻ２.煤炭科学技术研究院有限公司ꎬ北京１０００１３)

谭长森１ꎬ郭峰２

摘　要:　针对现有煤矿掘进工作面现场条件差、输送机长度短、数量多、岗位用人多等情况ꎬ设计了基于ＰＬＣ的掘进工作面输送机集控系统ꎮ该集控系统采用以ＰＬＣ为控制核心ꎬ配合工业电视监视系统、语音通信系统实现了输送机集控功能ꎮ现场应用结果表明ꎬ该系统能够安全、有效地实现输送机的控制ꎬ完全满足现场实际应用的需求ꎬ具有安全可靠、减少岗位用工量等特点ꎮ

关键词:　掘进工作面输送机ꎻ可编程控制器(ＰＬＣ)ꎻ工业电视监视系统ꎻ语音通信系统ꎻ集控系统

中图分类号:ＴＤ６３＋４ꎻＴＰ２７３　　　文献标识码:Ｂ　　　文章编号:１００１－０８７４(２０１８)０４－００１３－０３

ＤｅｓｉｇｎｏｆＣｅｎｔｒａｌｉｚｅｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＤｒｉｖｉｎｇＦａｃｅＣｏｎｖｅｙｏｒＢａｓｅｄｏｎＰＬＣ

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ＴＡＮＣｈａｎｇｓｅｎ１ꎬＧＵＯＦｅｎｇ２

Ａｂｓｔｒａｃｔ:　ＩｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｐｏｏｒｆｉｅｌｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬｌａｒｇｅｑｕａｎｔｉｔｙａｎｄｓｈｏｒｔｌｅｎｇｔｈｏｆｃｏｎｖｅｙｅｒꎬａｎｄｏｖｅｒａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆｐｅｒｓｏｎｎｅｌｉｎｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｆａｃｅꎬａｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｂｅｌｔｃｏｎｖｅｙｅｒｂａｓｅｄｏｎＴＶｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｖｏｉｃｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｃｏｎｔｒｏｌｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｙｏｒ.ｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｌａｂｏｒ.

ＴｈｅｆｉｅｌｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｙｏｒｓａｆｅｌｙａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙꎬａｎｄＫｅｙｗｏｒｄｓ:　ｄｒｉｖｉｎｇｆａｃｅｃｏｎｖｅｙｏｒꎻｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ(ＰＬＣ)ꎻｉｎｄｕｓｔｒｉａｌＴＶｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍꎻｖｏｉｃｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍꎻｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ０　引言

煤矿掘进工作面又称掘进迎头ꎬ是指在为回采工作面做准备时ꎬ首先开采一条巷道ꎮ这条巷道承担探煤、掘煤、探水、探气等任务ꎬ也就是一个以掘进为主ꎬ以其他地质条件为辅的独头巷道ꎮ掘进工作面掘进过程中掘出的煤炭、矸石等需要通过小型带式输送机、刮板输送机等输送设备运输到固定输送带处或者矿车中ꎬ然后再往外运输ꎮ由于掘进面是临时性的施工场ꎬ输送机具有非固定性、数量多、距

ＰＬＣｈａｓｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄ.ＴｈｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｄｏｐｔｅｄＰＬＣａｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃｏｒｅꎬａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｆｕｌｌｙｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｔｈｅａｃｔｕａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄꎬａｎｄｉｔｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓａｆｅｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙꎬ

ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００１３ꎬＣｈｉｎａ)

离短、岗位用工较多等情况ꎬ对此设计了基于ＰＬＣ技术[１]的输送机集控系统ꎮ该集控系统由集中控制系统、工业电视监视系统和语音通信系统组成ꎬ可实现输送机启停、监控和语音通信一体化ꎬ确保运输系统出现问题时能够及时停车ꎬ保证输送机的安全运行ꎻ数字和动画显示效果强ꎬ反馈信息准确ꎬ操作简单、方便ꎬ适合煤矿掘进面使用ꎬ仅需１名操作工、１名巡检工即可实现多台输送设备的安全运行ꎬ节省人力投入的同时又为及时发现并解决故障提供了便利ꎮ

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１　集中控制系统

煤　矿　机　电

２０１８年第４期　　

集中控制系统主要由控制主分站、运行状态显示设备、操作台和必要的信号传输线缆组成ꎬ系统设备组成框架如图１所示ꎮ

图１　集中控制系统设备组成框图

１.１　控制控制主分站主分站采用ＰＬＣ为控制核心ꎬ主要特

点为:

现场的实际情况随时更改控制逻辑１)控制方式灵活且控制功能丰富ꎬ满足掘进面输ꎮ可以根据送机现场使用环境的要求是基于控制为前提２)实时性好ꎮꎮ

ꎬＰＬＣ信号处理时间短控制器产品的设计和开发３)可靠性高ꎮＰＬＣ输入和输出信号采用光电、速度快ꎮ

隔离技术ꎬ输入侧采用Ｒ￣Ｃ滤波器且采用屏蔽措施ꎬ抗干扰能力强４)安装维护方便ꎮ

一模块发生故障ꎬ只需更换该模块即可ꎮＰＬＣ均采用模块化设计ꎬ故障恢复时ꎬ某

间短ꎮ

控制主站根据操作设备的按钮状态ꎬ按照设定好的控制流程将控制命令发送到控制分站ꎬ实现每台输送机的启停功能ꎬ并采集各个控制分站的实时状态供显示设备显示ꎮ

４８５控制系统的控制主、分站之间的通信采用ＲＳ￣

要增加或者减少输送机设备总线方式[５]ꎬ每台分站的控制程序是相同的ꎬ仅需更改ＲＳ￣４８５的通ꎬ若信地址即可ꎮ采用传输电缆方式进行主、分站之间的信号传输ꎬ极大地降低了控制系统使用过程中的１.维护量２　运行状态显示和操作设备ꎬ非常适合煤矿掘进工作面使用ꎮ

行中的各种参数１)运行状态显示设备、状态及操作设备的按钮状态ꎮ主要是显示输送机运ꎻ方便集控人员观测各个设备的运行状态ꎮ掘进工作面控制系统的运行状态主界面如图　２制主站进行数据通信　运行状态显示设备通过所示ꎮ

ꎬ实时采集控制主站和控制分ＲＳ￣４８５通信方式和控站的数据２)操ꎬ实现对整套输送机运行状态监视作设备ꎮ主要是根据现场实际需要选择

ꎮ

图２　设备运行状态显示图

控制方式控制各个设备的启停ꎬ操作设备可以根据现场实际生产情况选择就地手动、集中单机或者集中顺控３种方式进行多部输送机的启停控制ꎮ操作设备通过控制主站进行连接ꎬ控制主站实时监测操作设备操作状态ꎬ根据程序设定的控制逻辑向控制分站发送控制命令ꎬ实现对各台输送机设备的控制ꎮ２　工业电视监视系统

工业电视监视系统由矿用本质安全型摄像仪、隔爆兼本质安全型硬盘录像机和隔爆型监视器组成ꎮ系统组成框架如图３所示ꎮ

图３　工业电视监视系统框图

２.１　摄像仪设在输送机机头矿用本质安全型摄像仪

、机尾、转载点和其他重

要的监测点ꎬ该套系统选用本质安全型摄像仪ꎬ由隔爆兼本质安全型电源供电ꎬ信号输出有本质安全电信号和光信号两种输出方式ꎬ该套系统采用本质安全电信号的传输方式ꎬ方便使用过程中对系统进行２.维护２　ꎮ

隔爆兼本质安全型硬盘录像机设置在集控点隔爆兼本质安全型硬盘录像机ꎬ

接收摄像仪传输过来的视频图像ꎬ该套系统选用的录像机最多可接入１６路视频信号ꎬ并将该视频编码压缩、就地存储、网络传输ꎬ同时还可提供对外显示接口及控制接口ꎬ可用于井下就近查看接入视频和设置存储方案等ꎮ该硬盘录像机具有便于安装、存

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２.３　矿用隔爆型显示器

储容量大、操作便捷、接口丰富等一系列优点ꎮ

隔爆型显示器配合硬盘录像机可以实现视频图

图５　冀中东庞矿掘进面控制系统示意图

像的单屏、分屏显示ꎬ也可以实现对视频录像的回放功能ꎮ

工业电视监视系统实现了在集控点监视各条输送机的运行图像ꎬ并可以根据需要对图像进行录像存储和回放ꎬ保证了输送机运行过程中的安全ꎮ３　语音通信系统

　　２９１４掘进工作面集控系统安装时间为２０１７年本质安全型摄像仪１０台、语音通信系统有语音分机５月ꎬ控制系统有主分站７台、工业电视监控系统有９台ꎬ系统安装完成后运行非常稳定ꎬ极大程度上保语音通信系统主要由供电电源、语音信号主机、语音信号分机及相应的信号传输电缆组成ꎮ系统组成如图４所示ꎮ

图４　语音通信系统示意图

　送机头或者重要的位置放置　如图４所示ꎬ信号主机放在集控点位置１台语音信号分机ꎬ每台输ꎬ可以实现语音对讲和打点功能ꎮ

语音信号主机最多可以录制１６种语音ꎬ主机和控制主站进行通信ꎬ可以实现每台设备的启停机预警及故障报警功能ꎮ语音信号系统中的设备为矿用本质安全型设备ꎬ需要隔爆兼本质安全型电源[６￣７]供电ꎮ一般一套系统配置一台隔爆兼本质安全型电源即可实现整套语音信号的供电ꎮ４　现场验证

从２０１５年开始ꎬ基于ＰＬＣ的掘进工作面输送机集控系统ꎬ在多个煤矿不同条件的掘进工作面进行了现场实际应用ꎬ控制的输送机设备数量从３台到１０台不等ꎬ输送机的种类有带式输送机、刮板输送机、带式输送机和刮板输送机ꎬ集控系统的控制点既可设置在第１台设备的机头ꎬ也可设置在最后１台设备的机尾ꎬ甚至可以设置在其他方便控制的地点ꎮ图５为冀中能源东庞矿２９１４掘进工作面控制５系统图台刮板输送机ꎬ输送机数量为ꎬ６台ꎬ包括１台带式输送机和

机尾ꎮ

控制点设置在最后１部设备的证了输送机的安全运行ꎮ

５　结论

基于ＰＬＣ的掘进工作面输送机集控系统采用了以ＰＬＣ为控制核心ꎬ配合工业电视监控系统和语音通信系统ꎬ实现了掘进工作面输送机启动、停止、监控和语音通信一体化ꎬ操作人员在集控点可以通过监视器观察输送机机头、机尾和重要观测点的运载情况ꎬ语音通信系统确保了输送机沿线语音联络通畅ꎬ确保掘进面工作面运输系统的安全运行ꎮ

该系统具有反馈信息准确ꎬ操作简单、方便等特点ꎬ该系统的运用减少了掘进面运输路线设备岗位工数量ꎬ降低了人工成本ꎮ若控制运输路线偏长ꎬ可根据实际工况增加巡视人员ꎮ更重要的是掘进工作面实现输送机集中控制ꎬ大大减少了采掘作业人员ꎬ使危险区域安全的可控性大大提高了ꎮ

参考文献:

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兆义.可编程控制器教程[Ｍ].北京:机械工业出版

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北京:[７]　朱前伟化ꎬ２０１０ꎬ３６(１０):２１￣２４.

.一种新型矿用本质安全型电源的设计[Ｊ].工矿自动

作者简介:谭长森(１９８３—)ꎬ男ꎬ工程师ꎮ２００５年毕业于中国矿业大学ꎬ研究方向为矿山机电设备控制ꎮ

(收稿日期:２０１８－０１－０８ꎻ责任编辑:姚克)