煤矿皮带机集控系统方案

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煤矿皮带机集控系统设计方案 矿用胶带机远程集控综合保护系统一、胶带输送机远程集控综合保护系统概述为了提高皮带运行的安全可靠性，减少经济损失，满足《煤矿安全规程》要求，我们研制了一套技术先进、工作可靠率高的矿用胶带输送机远程集控综合保护系统。本系统是根据煤矿井下工作状态，针对矿用皮带机设计的一种高性能低价格的微机远程集控综合保护系统，使电能的损耗和设备无效磨损的损失降至最低。它以进口PLC作为监控系统的核心主控单元，从根本上提高了系统的工作可靠性及使用寿命。通过现场编程可适应皮带机的各种运行工况，可实现皮带机打滑、超温、洒水、堆煤、急停、跑偏、撕裂、烟雾、张力、电机电流、电机等基本保护。同时数字显示皮带机的带速，每台电机的电流、每台电机的温度，并以语音方式实时报出。该系统同时配有总线接口，通过485通讯协议可以方便的与上位机或其他皮带机之间实现数据通信，以实现多台皮带机的集中控制并能和全矿井监控系统联网运行。二、系统结构框图： 三、系统实现的功能1、具有一般起停、软控起停、下运起停等多种起停方式和自动张紧等控制功能。更能根据客户的不同工艺要求通过系统程序的设定来实现不同的起停方式。2、具有跑偏保护、速度检测，纵向撕裂保护、打滑和超速保护。沿线急停闭锁和故障位置检测、堆煤检测、动力设备温度检测、驱动滚筒的表面温度检测、烟雾检测、自动洒水灭火、电机电流和开关故障检测、胶带张紧力检测、连续煤仓煤位检测等检测保护功能。3、具有胶带各电机开关量状态显示，速度、煤位、温度等模拟量显示功能。4、具有对二级跑偏、闭锁、纵撕、超温、打滑、烟雾、堆煤、洒水、电机故障等故障信号的显示和报警功能；5、保护功能当皮带撕裂时，系统立即切断电机电源，使皮带机停机。同时在皮带沿线用电铃报警，在地面监控站显示撕裂曲线并发出报警信号。6、显示功能 通过线缆将信号传至地面监控站，显示撕裂曲线，显示事件发生的时间，显示裂缝状态。7、打印功能打印显示器发生事件时的一切内容。8、入网功能配有和矿井自动化综合监控系统组网的以太网接口，可以作为综合自动化的子系统。9、扩展功能程序控制器留有备用容量和接口，可以很方便地进行扩展。四、系统特点·功能强大：PLC强大的编程功能，据胶带不同工艺特点实现检测、报警和控制功能。·性能可靠：采用高性能的西门子PLC，使系统可靠性及抗干扰能力得到保证。·配套齐全：可以配接各种传感器；可与语音通讯装置配套使用。·使用灵活：同一个控制器既可以用天单条皮带控制，也可以用于多条皮带集中控制。·维护简单：跑偏和闭锁具有编码功能，可准确判断故障位置。五、系统产品技术指标5..1隔爆兼本安PLC控制器主机矿用隔爆兼本安型可编程控制装置（以下简称控制装置），适用于煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸的危险场所，用作井下各种被控设备的控制装置，更适用于矿井胶带输送机的自动控制及监控。控制装置具有输入/输出点数扩展，采用不同的模块实现不同的控制要求。控制装置的核心部分是采用德国SIEMENS公司生产的S7系列可编程序控制器，适用于各行各业各种场合的检测及自动化控制。在独立运行时，完成单机自动化控制，或组网运行，构成系统实现主/从站的监控，完成复杂的控制功能，它具有极高的性能/价格比。因此KXJ127是目前工业监控装置中最佳选用的产品之一。 1、供电电压：交流127V；电源波动范围：75%～110%；输入视在功率不大于100VA。2、本安电源输出如表一所示：表一输出参数标称电压（V）DC12V额定电流（mA）500输出电压偏离值≤8%源效应（％）≤5%负载效应（％）≤8%周期与随机偏移峰峰值（mV）≤250过压保护动作值(V)≤13.5最大短路电流(A)≤1.2最高开路电压(V)≤12.63、以太网光口：1）接口数量：1路；（光缆通讯或接入冗余工业以太环网）2）传输方式：全双工TCP/IP光信号传输；3）传输速率：10Mbps/100Mbps自适应；4）发射光功率：-6dBm～0dBm（波长为1310nm）；5）接收灵敏度：-35dBm（波长为1310nm）；4、RS485通信口：1）接口数量：1路；2）传输方式：主从式、半双工、双极性、RS485；3）传输速率：1200bps；4）传输距离：10km(采用MHYBV煤矿用信号电缆，导体截面不小于1.5mm2)；5）信号工作电压峰峰值：2V～9V；6）信号工作电流峰值：≤75mA；5、控制器信号输入：开关量信号输入： a）10路非安无源接点信号，外接电阻不小于90kΩ时对应逻辑“0”；外接电阻不大于300Ω时对应逻辑“1”。b）24路本安无源接点信号，外接电阻不小于90kΩ时对应逻辑“0”；外接电阻不大于300Ω时对应逻辑“1”。模拟量信号输入：a）2路频率型模拟量信号，200Hz～1000Hz频率信号，高电平≥3V(负载电流2mA)，低电平≤0.5V，脉宽≥0.3ms，转换误差≤1％。b)2路频率型模拟量信号，0Hz～2600Hz频率信号，高电平≥3V(负载电流2mA)，低电平≤0.5V，脉宽≥0.3ms，转换误差≤1％。c）1路电阻型模拟量输入，100Ω～2400Ω，步长100Ω，阻值误差≤5％。6、控制器信号输出：开关量信号输出：1）10路非安无源接点信号，接点容量AC36V/5A（阻性负载，常开接点输出），接点闭合时接触电阻不大于1Ω；2）24路本安无源接点信号，截止状态时，漏电阻不小于100kΩ，导通状态时，电压降不大于0.5V（灌入电流2mA）。逻辑“1”对应导通状态，逻辑“0”对应截止状态。装置功能：显示功能：保护器主机能显示胶带输送机运行状态和传感器故障状态及位置或编号。信号表达方式通过显示窗显示，显示皮带机状态参数，具有现场及上位显示。检修功能：当保护器主机的工作状态置于检修时，本保护器主机将甩开一切保护功能，可以起动和点动开车。报警功能：当出现故障时，保护器能及时发出报警信号，报警时间范围可设定于0秒--X秒（设定值）。联机功能：具有联机输入和联机输出接口，状态画面显示有联机/单机状态。当胶带运输机接力运用时，装置主机设定为联机使用，即第一台装置主机启动后，第二台装置主机方可启动，以下各台顺延起车。 保护器与输送机的防爆真空（软）电磁启动器配合使用，具有集中控制及汉显报警：低速打滑、超温、堆煤、跑偏、烟雾、急停、撕裂、自动喷酒等综合保护，各传感器输出部分为本安电路。5.2监控操作站操作员站选用高性能的工业用PⅣ机器，是研华公司原装工控机，用于系统进行监控。作为人机界面运行在实时多任务操作系统下的操作员站，通过工业专用键盘和轨迹球操作，主要完成以下功能：实现画面及流程显示，实时监控管理实现工程各种工艺流程的操作实现对部分设备的中控室集中手动，如皮带的启/停，给煤机的启/停等系统运算状态监视网络运行管理监控实时库和历史库管理报警显示打印报表管理和打印总貌显示管理分组显示管理趋势显示管理计算机化的报警处理和操作支持系统运行管理等系统配置数据库生成动态流程画面生成控制算法及顺序逻辑组态报表生成系统运行管理和数据库下载网络管理另外，操作员站可实现优化控制、性能计算和分析、设备寿命管理、故障诊断、系统性能考核、维修管理等。实现对工艺过程的应急监控处理。5.3系统管理软件主要系统软件：MicrosoftWindowsServer（中文版）MicrosoftSQLServer（中文版） 应用软件：应用软件主要是组态软件和实时监控软件(WinCCV7.0)WinCC（组态和实时监控软件）西门子视窗控制中心SIMATICWinCC(WindowsControlCenter)是HMI/SCADA软件的后起之秀，１９９６年进入世界工控软件市场，当年就被美国ControlEngineering杂志评为最佳HMI软件，以最短的时间发展成第三世界范围内成功地SCADA系统，而在欧洲，它也是无可争议的成为第一。WinCCV6.0采用标准MicrosoftSQLServer2000数据库进行生产数据归档，同时具有Web浏览功能，可使经理、厂长在办公室内看到生产流程的动态画面，从而更好的调度指挥生产。作为SIMATIC全集成自动化的重要组成部分，WinCC确保与SIMATICS7等系列PLC连接的方便和通讯的高效。WinCC具有以下特点：创新软件技术的使用。WinCC是基于最新发展的软件技术。西门子公司与Microsoft公司的密切合作保证了用户获得不断创新的技术。可灵活裁剪，由简单任务扩展到复杂任务。WinCC是一个模块化的自动化组件，既可以灵活的进行扩展，从简单的工程到复杂的多用户应用，又可以应用到工业和机械制造工艺的多服务器分布系统中。众多的选件和附加件扩展基本功能。以开发、应用范围广泛的、不同的WinCC选件和附加件，均基于开放式编程接口，覆盖了不同工业分支需求。使用Microsoft　SQL2000作为其组态数据和归档数据的存储数据库，可使用ODBC,DAO,OLE-DB,WinCCOLE-DB和ADO方便的访问和归档。强大的标准接口（如OLE,ActiveX和OPC）。WinCC提供OLE,DDE,AxtiveX,OPC服务器和客户机等接口或控件，可以很方便的与其它应用程序交换数据。使用方便的脚本语言。WinCC可编写ANSI-C和Visual脚本程序。开放的API编程接口可以访问WinCC的模块，所有的WinCC模块都有一个开放的C编程接口（C-API）。这意味着可以在用户程序中集成WinCC的部分功能。具有向导的简易（在线）组态。WinCC提供大量的向导来简化组态工作。在调试阶段还可以在线修改。提供所有主要PLC系统的通讯通道。作为标准，WinCC支持所有连接SIMATIC S5/S7/505控制器的通讯通道，还包括PROFIBUS-DP，DDE和OPC等非特定控制器的通讯通道。此外，更广泛的通讯通道可以由选件和附加件提供。与基于PC的控制器SIMATICWinAC紧密接口，软/插槽式PLC和操作、监控系统在一台PC机上相结合，WinCC和WinAC实现了西门子公司基于PC的、强大的自动化解决方案。全集成自动化TIA（TotallyIntegratedAutomation）部件。TIA集成了西门子公司的各种产品，包括WInCC。WinCC是工程控制的窗口，是TIA的中心部件。这就意味着在组态、编程、数据存储和通讯等方面的一致性。5.4KHJ0.5/12紧急闭锁开关（急停）KHJ0.5/12型煤矿用紧急闭锁开关(以下简称闭锁开关),属矿用本质安全型设备，可用于煤矿井下有爆炸性气体的环境。用作胶带输送机沿线的拉绳紧急闭锁保护和控制装置，沿皮带输送机长度方向配置的跑偏、纵撕等保护装置和启动预告、打点用的信号器均可通过该装置与电控系统连接。闭锁开关内部配有故障位置识别电路，电控系统或皮带保护装置通过它可识别各种不同的故障及位置。5.5GEJ30跑偏开关GEJ30型跑偏开关(以下简称跑偏开关)，属矿用本质安全型设备，可用于煤矿井下有爆炸性气体的环境，也适用于煤炭、冶金、化工、粮食、运输等行业以及选煤厂、钢铁厂、热电厂、粮库、港口等地面恶劣环境，用作皮带输送机胶带跑偏检测和保护。 5.6GSC4光电型速度传感器GSC4光电型速度传感器为矿用本质安全型，适用于煤矿井下有瓦斯、煤尘爆炸性气体环境中，与带式输送机电气控制装置配套，用子煤矿井下或地面带式输送机，胶带速度（加速度）检测低速打滑、断带和超速保护。5.7GQQ0.1烟雾传感器GQQ0.1型煤矿用烟雾传感器（以下简称传感器），用于监控煤矿井下因机械摩擦、电缆发热、煤层自燃等原因引起的火灾事故。本产品为矿用本质安全型，可安装在煤矿井下的皮带运输巷、机电硐室、采空区和工作面。本传感器可配接断电装置及声光报警装置，实现报警及断电控制;也可与各种生产，安全监控系统配套使用。5.8GWD90型矿用本质安全型温度传感器GWD90 型温度传感器是矿用本质安全型设备，主要用于井下有瓦斯、粉尘等爆炸危险的环境。该传感器可与胶带输送机系统配套使用，主要安装在输送机侧面、电面和减速箱表面，起到超温保护的作用。5.9GUD100型矿用本质安全型煤位（堆煤）传感器GUD100型煤位传感器是矿用隔爆型电气设备，适用于井下有瓦斯、煤尘爆炸危险的环境。是胶带输送机系统的配套设备，用作输送机堆煤保护和煤仓煤位的检测。六、综合自动化皮带监控子系统接入方案综合自动化系统接入方式对井上胶带机主控装置提供以太网RJ45通讯接口的胶带机监控系统，通过以太网RJ45接口，标准OPC协议，接入到综合自动化网络平台，实现在矿调度中心在线监控、远程操作，最终实现无人职守。对井下胶带机主控装置提供以太网RS485通讯接口的胶带机监控系统，我们将提供MOXA协议转换器将RS485接口转换为以太网接口，将胶带机监控系统接入到综合自动化网络平台，实现在矿调度中心在线监控、远程操作，最终实现无人职守。综合自动化系统实现功能综合自动化软件平台通过工业以太网与输送机监控系统交换数据，可实现以下功能：综合自动化提供带式输送机监控用标准界面，界面应采用模拟画面，动态显示带式输送机主要电气设备（主电机、减速机、张紧站、CST）的运行工况及输送机保护装置的参数，并提供输送机远程控制指令（顺序停车、紧急停车、单机启动、顺序启动）给定窗体。 系统提供输送机事故报警功能，报警内容应完全等同单机电控系统的报警信息，满足就地无人职守运行。每条报警信息应记录，并根据要求生成报表。系统检测各输送机的轴承温度、胶带温度、带速、煤量及胶带机主电机电压、电流等参数，检测变频器、CST、张紧绞车运行状态及相关信号，并能够对现场各种环境参数进行采集监控。实现对各胶带输送机启停及紧急闭锁、跑偏、打滑、纵撕、温度、烟雾、溜槽堵塞、电机故障等信号的显示、判断和报警功能。输送机保护用开关量传感器、每个主电机开停记录动作时刻，并根据要求生成报表；模拟量传感器、主电机电流等动态参数按合理的时间密度记录，并生成统计图。在调度中心可以实现设备闭锁。闭锁状态下，所有的运输设备开、停及配仓、倒仓等远程操作，实现现场无人职守。七、实施方案本方案针对山东新陶阳矿业有限责任公司煤矿8条主运皮带进行综合检测、保护。※保护系统方案：1、每条皮带安装速度传感器一台，固定于胶带机架上，随着皮带运转带动保护装置自带的传动轮旋转，该装置向保护器主机提供高电位信号，当皮带运行速度低于设定值，并保持5s，保护器动作，皮带机停止，实现低速打滑保护。2、每条皮带安装堆煤传感器一台，应用于单条皮带机尾，保护器通过煤位传感器探杆，可对堆煤仓或煤漏斗的煤位进行监控，当煤堆触及探杆时，经5-10s后，保护器动作，实现停车报警。3、跑偏传感器在皮带机头、机尾各安装一对，同时在每间隔200米处设置一台，；跑偏传感器做为臂式单向动作方式，当皮带跑偏时，皮带推动臂式滚动导杆，当偏离夹角大于20º（允许误差±3º）时，跑偏开关动作，保护器主机执行报警，但不停机；主机经过5-10s延时后，如果跑偏仍旧发生，保护器主机将自动切断胶带运输机的电源，实现跑偏保护。4、温度传感器应用于胶带电机及减速机，每条皮带共需安装两台，当检测温度值超出额定范围，传感器提供保护器主机发出报警信号。 5、烟雾传感器在每条皮带机头安装一台，当皮带机周围有烟雾生成并达到一定浓度时，保护器自动停车保护；同时起动遥控喷洒装置。6、急停传感器在每条皮带机头、机尾各布置一台，同时在每间隔50米处安装一台，如遇皮带异常或检修，在皮带沿线任意拉开并锁定其中一个闭锁开关，均可实现停车功能，在复位之后方可正常起车。7、自动喷雾洒水装置每条皮带配置一套，当烟雾或温度传感器的检测值超限后，保护器主机自动控制并开启电动球阀执行洒水。 八、系统配置清单序号设备名称型号及规格单位数量备注1隔爆兼本安型PLC集控箱KXJ127台12工业计算机研华台13本安型操作台TH1-24台95控制软件昆仑通态套16跑偏传感器GEJ30台数量根据现场需要7急停闭锁装置KHJ0.5/12台数量根据现场需要8烟雾传感器GQQ0.1台数量根据现场需要9本安温度传感器GWD90台数量根据现场需要10本安光电速度传感器GSC4台数量根据现场需要11本安堆煤传感器GUD100台数量根据现场需要12信号报警装置ZXB127-Z台数量根据现场需要13电磁阀ZP127只数量根据现场需要14信号电缆MHYV1*4*7/0.37千米数量根据现场需要15信号电缆MHYV2*4*7/0.37千米数量根据现场需要16控制电缆MKVV10*1.0千米数量根据现场需要17控制电缆MKVV4*1.0千米数量根据现场需要18矿用光纤MGXTSV-12B千米数量根据现场需要19矿用光纤MGXTSV-2B千米数量根据现场需要20PROFIBUS-DP线PROFIBUS-DP千米数量根据现场需要21总线连接器　只数量根据现场需要22485中继器　只数量根据现场需要23有源终端　只数量根据现场需要24电源电缆MVV3*1.5千米数量根据现场需要25防爆监视器19寸只12612画面分割器　只127隔爆摄像头KBA127台928光缆接线盒二进二出台1029电缆接线盒JHH2台5030电缆接线盒JHH3台3031办公座椅把1032工程辅材工具及耗材套1