煤矿井下
皮带自动化控制系统方案设计
第一章
功能
一、系统基本功能 控制功能
该系统既可从井上调度室对井下皮带运输进行实时监控，也可从井下操作台、触摸屏、就地分站箱对皮带运输进行实时监控。既可对一条皮带、一条生产线实现一键起停（顺煤流停、逆煤流开），也可对多条生产线的整个系统实现一键起停。在自动状态下每条皮带还可实现有煤即开、无煤即停的全自动控制。
集成功能
该系统能将同种组态软件和具有相同通讯功能的不同软件下的不同系统集成到一个计算机上进行监控。使整个煤炭体系更直观更易于管理。
第二章
系统硬件组成及工作原理
一、系统硬件组成
本系统是以矿用本质安全型PLC为核心的皮带机综保装置组成下皮带机控制系统，是以光纤为介质组成的工业以太网传输网络。
整个系统现场控制设备：
矿用隔爆兼本质安全型PLC（含语音模块、通讯模块）、检测传感器(物流传感器、煤位传感器、速度传感器、跑偏传感器、撕裂传感器、温度传感器、烟雾传感器)、KPZ型矿用转载点自动喷雾装置、本安型操作台、隔爆兼本安型就地操作控制箱、嵌入式触摸计算机（Windons CE操作系统）、网络交换机、和井上监控中心的上位机监控软件等组成。 二.系统硬件的工作原理
1、矿用本质安全型PLC 该产品拥有多项专利技术，性能达到煤矿级与军工级要求， PLC模块具有矿用本质安全特性（经过严格测试，已通过“本安”认证，防爆证号：1094029U），是一种适用于地面严酷环境或煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸危险环境使用而不需要采用隔爆措施的通用型PLC，技术处于国内领先水平。 IB 系列PLC 采用模块化设计，扩展方便，功能强大；其DI/DO 点数可扩展至80 点；具有脉冲频率测量、脉冲周期测量、脉冲宽度测量功能；PWM 高速输出、频率型模拟量采集、语音信息报警、输入断线判断等多种模块；通讯为标准的MODBUS-RTU 或MODBUS TCP 通讯协议、物理接口为RS-2
32、RS-48
5、CAN 或以太网，通讯距离远、网络节点多、抗干扰能力强。还可以根据用户需求定制特定的功能模块或嵌入式PLC 开发定制专用控制器。IB 系列PLC 已成功应用于煤矿、冶金、化工、食品、印刷、军工等行业，可适用于各种场合的检测、监测及自动化控制系统，特别在地面严酷环境、振动比较大的场合、控制箱空间小或煤矿井下有瓦斯和煤尘爆
炸危险环境中使用具有独特的优势。 主要特点
● 模块化结构：体积小、组合自由、扩展方便、安装容易。 ● 端口类型齐备：各种形式的输入、输出端口，适用于各种传感器与驱动设备。
● 端口电压灵活：开关量输入端口的额定电压为5V、12V、24V 或根据用户要求订制。
● 开关量三态输入：可以对开关量信号进行断线判断。 ● 快速控制：能在50ms 内实现信号采集、输出控制功能。
● 隔离电压高：输入、输出端口与内部电路隔离电压大于AC2000V。 ● 负载能力强：继电器输出模块的负载电流为5A/ AC250V。 ● 频率量采集：能快速处理多路（达48 路）矿用模拟量传感器输出的200—1000Hz 信号。
● 语音输出：具有语音模块，能清晰的输出长时间的语音信息，使控制系统更具有人性化管理。
● 嵌入式文本显示器：不占用通讯接口，可显示8 个汉字× 4 行；同时有9 只薄膜操作按键。
● 高稳定性：具有极强的抗干扰能力与极高的可靠性，有力保障控制系统工作稳定可靠、采集数据真 实有效。
● 通讯能力强：拥有多路扩展通讯模块（达8 路）；通讯物理接口形式多样（RS-2
32、RS-48
5、CAN 或以太网等）；特有的专利技术，通讯距离远（达10Km）、抗干扰能力强。可以方便的组成多级远程通讯网。
2.传感器(可使用原有的传感器) 3.2.1 物流传感器
静态时，干簧管与磁钢距离较远，干簧不吸合，不发出开车信号；当
胶带上有煤时，传感杆移动，干簧管与磁钢位置相对照，干簧吸合，发出开车信号。
2.2 煤位传感器
煤位保护有两种形式，即电极式和位移式。
煤位保护作用的实现是通过传感器使主控电路的低位堆煤控制和 高位堆煤控制端得到高电位。对于电极式是传感杆与煤接触后，通过已接+12V的大地得到高电位，而位移式则是直接通过开关使低位堆煤控制和高位堆煤控制端与+12V接通。
2.3 位置速度传感器
若某台输送机发生故障，如电动机烧毁。机械传动部分损坏，胶带或链子拉断，胶带打滑等，安装在输送机被动机件上的速度传感器中的磁控开关将不能闭合（如输送机完全不转）或不能按正常速率闭合（如输送机打滑），速度传感器输出的信号连接到控制装置后，控制装置将按反时限特性延时后，速度保护电路动作，切断电动机供电，以避免事故扩大。
在滚筒温度不超限时，温度传感器输出接点开路，连接到控制装置后，输送机能够正常工作。当滚筒温度超限后，滚筒旁边的温度传感器将会起作用，此时传感器的输出点闭合，控制装置温度保护电路动作，使执行部分切断电动机供电，起到温度保护作用。
2.5 烟雾传感器
烟雾传感器的电路由烟雾探头电路、升压电路、输出电路和声音报警电路组成。
当巷道中因胶带磨损等原因造成烟雾发生时，悬挂在巷道顶部的烟雾传感器起作用，经3秒后，切断电动机供电，并发出声音报警。
2.6 撕裂传感器
当胶带横向撕裂后，会有部分下垂，该下垂的胶带带动撕裂传感器横杆，横杆带动竖杆倒下，从而使前后传输线脱离，并与零线相接使控制箱在电气上起到急停闭锁作用，立即停车。该传感器是不能自动复位的。只有人为的使传感竖杆重新立起来才能恢复正常运行状态。虽然上胶带和下
胶带运行方向相反，但传感器正好是以支点为中心两个方向运动，与上下胶带一致，故上下胶带的原理是相同的。
2.7 跑偏传感器
胶带发生跑偏时，跑偏胶带边沿推动传感杆发生位置倾斜，当倾斜较角度＞40°时，内部一部开关闭合，使音频震荡电路得电工作，产生1000H音频声，因而系统中的所有扬声器发出声音，表示有胶带跑偏。当倾斜角度＞60°时，内部急停开关闭合，其作用同中途停车开关作用。
这里需要说明的是，跑偏传感器是上下两侧胶带可以同时保护，并且可自动复位，因而胶带恢复正位后，停车和报警作用将同时停止。
3.KPZ型矿用转载点自动喷雾装置
3.1 概述
矿用胶带输送机、刮板输送机在运输物料转载时会产生大量粉尘，粉尘的存在不但危及煤矿安全生产，还会影响作业人员的身体健康。KPZ型输送机转载点自动喷雾降尘装置是防尘灭尘的理想设施。
3.2 工作原理简介
该装置由主机、电动球阀、运输机工作状态传感器（有触控传感器、转动传感器、红外探测传感器、振动传感器供用户选择）。其原理：运输机运输物料，传感器接收到物料运动信号，主机处理信号令电动球阀打开，形成水幕，实现防尘灭尘
3.3 性能特点
（1）该装置为多功能控制。一台主机可同时配备多个传感器，实现防尘灭尘、喷雾降温、喷雾灭火等功能。
（2）根据安装地点和功能不同，可选择一种或几种传感器使用，控制方式灵活。
（3）配上烟雾、温度、触控、粉尘传感器，可实现防尘、灭火及火情动态监测。
（4）可接入监测系统或运输监测系统接口，实现监测、报警与控制。 （5）具有节水功能。运输机上有物料移动时5—7秒防尘水幕自动打开，停机2秒后，水幕自动关闭。
（6）该装置主机设有工作状态显示窗。可显示电源、物料、防尘、防火等信息。
3.4 主要技术参数
（1）防爆形式：矿用隔爆兼本安型ExdibI。 （2）工作方式：连续。
（3）装置电源电压：AC 127 V/36V（Hz）±15%。 （4）电动阀工作电压：12V DC。 （5）主控板电源电压：12V±5%.（6）本安输出电压：12V±5%。 （7）本安输出电压保护值：13.5V±5%。 （8）本安输出电流保护值：≤200mA(MAx)。 （9）主控板工作电流：≤100mA.
（10）触控传感器工作电压/电流：12V/30mA。 （11）控制板输入信号电压范围：7-12V DC。 （12）控制板输入信号电流：1-2mA。 （13）环境温度：0－40℃ （14）相对湿度：≤95%
（15）主机外形尺寸：长×宽×高＝240×220×120 mm。3.5 胶带输送机转载点自动降尘装置安装图
4.MCGS触摸屏
本触摸屏采用了高档的软件系统平台(WinCE操作系统和MCGS的嵌入版组态软件)，强大的界面组态功能（动态界面制作），强大的数据处理能力（数据保存、查询、制作趋势曲线和报表）。
5.本安型操作台
本操作台是本安型，操作台上集成了PLC总站，嵌入式触摸屏，网络交换机和2条皮带的起停（含单条皮带、一条生产线和整个系统的起停）控制、状态显示。急停闭锁（控制箱正面右下角设有急停闭锁开关，利用该开关的左右旋转，可对本台或前台输送机实现急停闭锁。处于急停闭锁状态的输送机不仅能立即停转，同时再来开机信号也不能运转）。 语音输出：具有语音模块，能清晰的输出长时间的语音信息，使控制系统更具有人性化管理。
6.隔爆兼本安型就地操作控制箱
本操作控制箱内装有防爆本安型plc，具有集控、检修、就地、（又分为就地手动、就地自动）的控制。各种保护、运行状态指示灯显示。
集控：旋转开关打到集控位置就可以用主操作台或井上进行控制，反之闭锁。
检修：井下设备检修阶段，可打破皮带连锁关系，断掉就地起停控制线路，用于检修时，不会产生任何误动作。
就地：当旋转开关打到就地时，既可使用就地手动和就地自动。在就地手动位置时按下启动按钮皮带机启动，按下停止按钮时皮带机停止。在手动自动位置时皮带若有煤延时3秒自动启动皮带机，无煤时自动停止皮带机。
指示灯：显示物流传感器、煤位传感器、速度传感器、跑偏传感器、撕裂传感器、温度传感器、烟雾传感器保护状态，正常状态绿灯亮，报警时红灯亮。皮带机运行时绿灯亮。
第三章
王庄煤矿皮带集中控制系统方案设计
一、方案设计如下：
1、现成设备：
现场共2条皮带，每条皮带的皮带头都设置有KJ403-F隔爆兼本安型就地综保控制制箱，有皮带具有煤仓高、低煤位保护，机头下煤位保护，断带（断链）保护，打滑低速保护，跑偏保护，横向撕裂保护，温度保护，烟雾种保护，沿线有钢丝绳急停。
2、系统改造方案
现场2条皮带的每条皮带头按装隔爆兼本安型就地操作控制箱，将KJ403-F隔爆兼本安型就地综保控制制箱原有的保护和控制集成到plc控制
的集控系统中，使控制既更可靠简单方便有不浪费原有资源，如厂家有不满意原有的保护可另加。在主皮带巷按装本安型操作台，在井上调度室按有工控机，工控机和井下设备采用光缆以太网传输数据和控制设备，2条皮带之间采用现场总线形式的PLC控制站建立通讯和控制。
3、控制功能
该系统既可从井上调度室对井下皮带运输进行实时监控，也可从井下操作台、触摸屏、就地分站箱对皮带运输进行实时监控。既可对一条皮带、一条生产线实现一键起停（顺煤流停、逆煤流开），也可对多条生产线的整个系统实现一键起停。在自动状态下每条皮带还可实现有煤即开无煤即停的全自动控制
4、控制方式
●就地：操作人员分别在各条胶带机头的就地分站箱控制胶带机的起、停。 ●集控：所有设备集中控制，既可实现整个系统的一键顺煤流停，逆煤流开的自动控制；同时也可实现一条运输线，一条皮带的集控。
●远程：选择远程控制可通过调度室的上位机来实现井下设备的集控。 ●紧急停机：通过按下就地分站箱上急停按钮可实现紧急停机,并显示急停位置。
●检修：井下设备检修阶段，可打破皮带连锁关系，用于检修时，不会产生任何误动作。
●远程闭锁：远程闭锁控制是在上位机的组态界面上选择的。是在井下没有选择远程的情况下而需要从井上紧急控制井下设备的而设定的；具有密码权限功能。
5、其他功能
出现设备故障或皮带保护等故障时系统主机可迅速产生相应的报警
（声音、文字闪烁，故障说明等）输出通知用户；
历史数据记录、图形动态显示、打印和报表以及数据存储等功能 支持多个远方客户端的数据浏览以及监控系统主机的远程控制和参数设置功能。
二、系统硬件：
皮带机控制系统是基于可编程控制器﹙ PLC﹚的皮带运输机的自动化控制系统。该系统为矿用隔爆兼本质安全型，是一种适用于在煤尘、瓦斯等危险环境中使用的皮带机顺序控制及保护的智能控制系统，其通用性、适应性强，能完成各种传感器工作状态的监测、皮带机起停控制、通讯、现场管理、集中监控。井以矿用隔爆兼本质安全型PLC为核心的皮带机综保装置组成下皮带机控制系统和数据传输网络，即可以组成不同的控制规模实现多条皮带机集控，又可以单独使用控制一台皮带机实现单台控制。 该系统是以光纤为介质组成的以太网网络，可以迅速把相应的数据集中送往地面调度室的上位机上，实现井下皮带机的井上监控管理， 减少了解现场的时间，提高了生产效率。
整个系统由现场控制设备（ 检测传感器、皮带机综保装置、防爆本安型就地分站控制箱、防爆本安型操作台、嵌入式触摸计算机（Windons CE操作系统）、网络交换机、PLC）和井上监控中心的 上位机监控软件等组成。
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三、系统优势
1． 可靠性高
本系统采用可靠性技术和抗干扰技术等多种先进技术于一体的新一代PLC，此PLC 通用性广、适应性强，具有极高的可靠性、性价比和极其灵活的扩展能力，在一些恶劣环境与有爆炸性危险的领域中有十分巨大的应用前景。该产品拥有多项专利技术，性能达到煤矿级与军工级要求，大多数PLC 模块具有矿用本质安全特性（经过严格测试，已通过“本安”认证，防爆证号：1094029U），是一种适用于地面严酷环境或煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸危险环境使用而不需要采用隔爆措施的通用型PLC，技术处于国内领先水平。
IB 系列PLC 采用模块化设计，扩展方便，功能强大；其DI/DO 点数可扩展至80 点；具有脉冲频率测量、脉冲周期测量、脉冲宽度测量功能；PWM 高速输出、频率型模拟量采集、语音信息报警、输入断线判断等多种模块；通讯为标准的MODBUS-RTU 或MODBUS TCP 通讯协议、物理接口为
RS-2
32、RS-48
5、CAN 或以太网，通讯距离远、网络节点多、抗干扰能力强。还可以根据用户需求定制特定的功能模块或嵌入式PLC 开发定制专用控制器。IB 系列PLC 已成功应用于煤矿、冶金、交通、化工、食品、印刷、军工等行业，可适用于各种场合的检测、监测及自动化控制系统，特别在地面严酷环境、振动比较大的场合、控制箱空间小或煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸危险环境中使用具有独特的优势。
1.1 主要特点
● 模块化结构：体积小、组合自由、扩展方便、安装容易。 ● 端口类型齐备：各种形式的输入、输出端口，适用于各种传感器与驱动设备。
● 端口电压灵活：开关量输入端口的额定电压为5V、12V、24V 或根据用户要求订制。
● 开关量三态输入：可以对开关量信号进行断线判断。 ● 快速控制：能在50ms 内实现信号采集、输出控制功能。 ● 隔离电压高：输入、输出端口与内部电路隔离电压大于AC2000V。 ● 负载能力强：继电器输出模块的负载电流为5A/ AC250V。 ● 频率量采集：能快速处理多路（达48 路）矿用模拟量传感器输出的200—1000Hz 信号。
● 语音输出：具有语音模块，能清晰的输出长时间的语音信息，使控制系统更具有人性化管
理。
● 嵌入式文本显示器：不占用通讯接口，可显示8 个汉字× 4 行；同时有9 只薄膜操作按键。
● 高稳定性：具有极强的抗干扰能力与极高的可靠性，有力保障控制系统工作稳定可靠、采集数据真 实有效。
● 通讯能力强：拥有多路扩展通讯模块（达8 路）；通讯物理接口
形式多样（RS-2
32、RS-48
5、CAN 或以太网等）；特有的专利技术，通讯距离远（达10Km）、抗干扰能力强。可以方便的组成多级远程通讯网
2．设备扩展性强
本系统有很强的组网和扩展能力，可以进行以太网网络、485总线（CAN、PPI、MODBUS、MPI、PROFIBUS）组网扩建。今后可以很方便添加新设备和皮带控制。从而避免了以前上一套设备需更换一套控制设备的弊端，节省了大量人力和财力。
3．维护方便
系统带有速度、温度、煤仓煤位等的连续量检测。通过对系统自带的速度传感器信号的检测，可以进行打滑、过速、欠速和断带保护。系统还可对电机的轴承温度、绕组温度，煤仓煤位等进行检测和显示。在参数菜单设定好每一个连续量的报警值和停机值后，一旦达到报警值，将自动报警，超过停机值，将自动停机（当然也可以设定为只报警，不停机）。
系统配有堆煤、跑偏、烟雾、环境温度等开关量传感器。可对堆煤、跑偏、烟雾、环境温度等进行检测和保护。并实现报警停机（当然也可以设定为只报警，不停机）。
每个环节故障都可在井上上位机和井下嵌入式计算机上显示报警，并指出故障位置，维护更方便、简单。
