主运皮带集控方案设计.docx
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主运皮带集控方案设计
1主要设计依据和标准
1.1设计依据
1）《皮带监控项目技术文件》
2）《煤矿安全规程》和《煤矿设计规范》
1.2设计标准
1）IEC标准（国际电工委员会）
2）ISO标准（国际标准化组织）。
3）GB3836.1-2000爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：
通用要求
4）GB3836.2-2000爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：
隔爆型“d”
5）GB3836.4-2000爆炸性气体环境用电气设备第1部分：
本质安全型“ｉ”
6）MT209煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求
7）《煤矿安全规程》（2009版）
8）《矿井防灭火规范》、《矿井通风安全监测装置使用管理规定》
9）《煤炭工业调度信息化建设总体规划纲要》（试行）
10）《煤炭调度信息化装备技术规范》（试行）
11）《煤炭工业信息化“十一五”发展规划》
2总则
本方案是针对系统集中控制范围为山西右玉玉龙煤业矿井自动化系统-皮带监控，集中控制范围为大块入储转载带式栈桥、大块入储转载带式栈桥、原煤入缓冲式带式输送机栈桥、原煤入储栈桥、块煤入储带式、末煤入储、原煤入动筛车间栈桥、末煤返煤栈桥、末煤上仓输送机、矸石上仓栈桥、大块煤上仓栈桥、中块煤仓的皮带自动化控制系统，充分考虑其先进性、安全性、可靠性及安装、使用和维护方便而设计。
（1）设计方案根据“皮带监控技术文件”而作出。
（2）系统设备符合煤矿生产环境条件，并符合《煤矿安全规程》有关要求。
控制系统中相关设备具有国家煤矿质量“MA”标志和煤矿防爆“EX”标志。
2.1设计原则
以安全生产、高产、高效为中心，运用先进成熟的现代化技术手段，建立互联互通、信息共享、高度集成、安全可靠、适应对外开放战略要求的生产信息化管理系统，为矿方从事规划设计、建设、生产、经营、科技等经营管理活动和市场建设以及全矿的科学决策提供服务，为系统建立健全的现代化矿井管理监督管理制度提供技术手段。
1、积极采用先进的计算机技术、信息技术，逐步建立完善的生产信息管理体系，实现广泛的信息共享，形成以综合信息集成监控平台系统为依托的“自动化”生产过程，生产实时监控系统全面支持系统的安全、稳定和经济运行。
2、加强信息化建设的标准和规范制定工作，为提高全矿的经营管理和科学决策水平，促进矿的科技进步，提供现代化设施和技术手段。
3、集中体现在以下几方面：
（1）控制装置和显示操作单元具有煤矿安全标志和防爆标志。
为矿用隔爆兼本安装置。
（2）皮带机可以实现集中控制、就地控制和就地检修。
（3）皮带接收来自主站的起车和停车指令，实现逆煤流启动、顺煤流停止，同时各部皮带要具备单独启动和停止的功能。
（4）皮带机保护齐备，动作灵敏、故障报警。
（7）充分满足现场运行和检修要求。
（8）系统具有自诊断功能，并具有报警功能。
（9）系统具有灵活、可靠的控制功能，简单实用，易于掌握。
（10）保证整个系统运行可靠、故障率低、维护方便、程序修改灵活。
（11）采用地面远程编程，对程序和参数进行修改。
3系统概述
3.1可靠性
集控系统充分考虑到井下实际工况，选用了先进的技术、成熟的设备和传感器。
主控站和分站核心部分采用德国西门子公司的PLC300系列产品。
该产品多年成功应用于煤矿井下，目前我国煤矿绝大部分提升机电控、皮带机集控、水泵集控等等，都采用西门子公司产品。
控制网络采用光纤传输，具有稳定、可靠的特点，抗干扰能力强。
在控制网络瘫痪时，具有井下集控和就地控制方式的应急措施。
因故障查找或处理故障原因，需临时启动皮带时，能将不必要的保护信号通过上位机临时屏蔽，一切正常后恢复。
系统将冗余技术用于控制系统中，实现地面控制中心计算机互为热备，提高系统的可靠性。
3.2安全性
所用设备完全满足最新版《煤矿安全规程》的要求，井下控制设备采用隔爆型或本安型。
皮带机配置各种按安全规程规定的保护传感器，并设有起动时语音预告、故障报警，配置电铃打点信号。
3.3经济性
在满足系统要求的情况下，采用性价比高的设备，达到降低成本的目的。
3.4扩展性
考虑到将来系统的可扩展性，可方便的将未来的输煤设备融入到现行系统中来，并可扩展对系统实现更远距离的监控。
所有主站和分站采用工业以太网传输，可以任意接入井下工业以太环网（1000M网）。
3.5操作性
本集控以主皮带驱动操作为主，实现对整个输煤系统的运行控制和数据监测。
既可集中控制，也可单条皮带就地控制。
任何一台输煤设备的停止，将会导致后续输送设备的停止，实现闭锁功能。
3.6系统监控信号
1、保护信号
跑偏、纵撕、急停闭锁、打滑、烟雾、超速、堆煤、温度、洒水等。
2、模拟量信号
带速、煤位、电流等。
3、控制信号
主电机的开停给煤机控制、预告控制、洒水控制、搭接皮带机的联锁控制等。
4、预告和禁起
现场设备启动前和停车之前，系统自动向现场发出预告警铃。
当现场不具备起车条件时，由岗位操作人员通过就近的任意一个就地控制箱向系统发出禁起信号，系统收到禁起信号将暂停起车流程，维持已起车设备的运转。
待查明原因，排除故障后可继续起车或终止本次起车。
禁起信号的产生：
将就地控制箱的转换开关从集控方式打到就地方式。
4.1控制对象与监测点位
根据现场实际分布情况，采用集控系统网络结构原理图。
控制系统利用单模光纤和通信电缆组成拓扑网络。
4.2主要功能
设计一套胶带输送机通讯、控制、保护系统，具备通讯、控制、保护、报警一体化系统。
可实现工作面、输送机、输送机等的保护，控制、沿线通话、故障检测、显示及报警等功能。
系统具有输入、输出、语音通讯、安全保障、自诊断、和其他系统通讯等功能。
全系统按本质安全性能设计，适合煤矿井下使用。
系统可实现全胶带运输系统集中控制、局域控制、就地控制。
4.2.1显示及设定功能
能实时显示各皮带机、相关设施及所有信号状况，并能方便地进行多画面切换；当井下被测参数超限、保护动作及设备运行状态改变后，给出语音、文字告警提示。
设备具有运行状态、沿线电缆状态、沿线电话状态、控制器自检信息、其它连锁设备运行状态等图形和汉字显示。
1、工况图显示
工况图动态显示整个系统皮带机运行的工况，以及主要保护、电机电流、煤仓煤位等的有关参数信息。
（1）状态显示
可显示胶带电机的开停状态。
电源指示、松闸指示、张紧状态指示等。
（2）故障指示及报警
可显示胶带机跑偏、纵撕、闭锁、打滑、烟雾、堆煤、洒水、电机故障等故障信号，同时报警。
（3）模拟量显示
可对位显示闭锁、跑偏、纵撕动作位置；电机电流、皮带速度、加速度、温度、张力等。
（4）汉字信号显示
当发生故障时，在控制机的显示屏上自动用中文提示各故障性质。
2、信息图显示
实时显示皮带机、给煤机开/停状态和煤仓煤位高度。
如皮带机开停状态、检修状态及运行速度，拖动电机电压、电流、开机时间、停机时间等参数。
3、故障及保护显示
同时实时显示皮带机和各种保护传感器的工作状态，显示皮带机的故障类型，分站之间通信是否异常等。
4、开机率统计
开机时间，开机率统计:
自动统计设备开机时间和开机率，并实时统计和显示。
5、参数设定
通过地面控制计算机，系统设独立的操作系统，所有参数的改动只需修改参数就可以实现，无需在井下就地修改。
4.2.3多模式控制方式
（1）.自动集中控制
在这种方式下，操作人员只需要在集控操作台上按动按钮，控制冷却器、电动执行器、耦合器、制动器、胶带机的启、停以及故障解除等；具有与其他相关设备相互闭锁功能，实现先启动冷却系统，等冷却系统压力达到规定压力后，再启动调速耦合器，再启动电子逆止器，皮带正式启动。
（2）.人工就地控制
当其他设备出现故障或特殊需要时，为确保正常生产，可使用就地控制，实现单独对皮带机、以及其他相关设备的启停。
自动集中控制服从于人工就地控制。
（3）.检修功能控制
当日常检修或故障处理以及特殊需要时，操作人员可在控制台实现对皮带机的点动启动。
2、启动流程：
各设备启动条件：
（如下表）
编号
设备名称
启动条件
#1
冷却系统
按启动按钮
#2
调速耦合器
冷却系统启动，并压力达到规定压力
#3
电子逆止器
速度达到规定数值
#4
皮带电机
以上一切正常启动，保护未报故障，电流电压正常
3、停车
分为自动停止、手动停止和故障停止三种方式。
（1）自动停止
在操作台按动停止按钮，逆向停止全部设备。
（2）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先停胶带机，然后逆启动顺序停止所有相关设备。
（3）人工停车
在就地控制下。
单独对皮带机、以及其他相关设备的停止。
根据实际需要实现分块联控，即将整个系统分为若干个独立控制部分，各联控块之间分别独立控制运行。
4.2.5后部闭锁功能
具有同煤流方向相互闭锁功能，实现逆煤流开，顺煤流停。
硬件方式实现强制闭锁。
4.2.6常规保护功能
符合煤炭安全规程对皮带机保护的六项措施。
每条胶带机具有堆煤、打滑、烟雾、闭锁、跑偏、纵撕、自动灭火洒水、超温、全程急停、输送带张紧力下降保护等保护功能，胶带机的保护信号应设有急停闭锁，能显示闭锁、跑偏等故障点的位置，发出声光报警，各保护选用先进的传感器。
沿线的闭锁、跑偏等传感器具有故障性质和地址识别功能，当沿线的传感器动作后可在控制器上直接找到动作传感器的动作位置，大大节省故障处理时间，提高了处理效率。
传感器采用接插电缆连接，易于安装和拆卸。
（1）胶带跑偏保护
选用胶带跑偏开关。
用于运输机胶带跑偏检测和保护用，成对使用。
当一级跑偏动作时，只报警不停车，但能召唤显示跑偏位置；当二级跑偏动作时，报警并执行急停命令，也能显示出跑偏位置。
（2）速度检测、打滑和超速保护
选用速度检测传感器。
检测胶带输送机速度，实现低速打滑和超速保护。
（3）沿线急停闭锁和故障位置检测
选用拉线急停闭锁开关。
用于胶带输送机沿线紧急闭锁保护，具有故障地点识别功能。
并可兼作接线盒，胶带输送机沿线其它保护装置如纵撕及信号器等可就近接入此闭锁开关。
控制台上能显示故障地点，当闭锁开关动作，控制机报警并发急停命令，并能召唤显示出故障位置。
胶带机沿线每100米安装一台拉线闭锁开关。
（4）烟雾传感器
烟雾传感器安装在驱动滚筒的斜上方（下门），当皮带和滚筒打滑冒烟时，报警并急停，同时自动控制灭火洒水。
（5）堆煤检测
传感器一般吊挂在机头胶带卸载入口处，当卸载点发生堆煤时，滞留的积煤触及堆煤传感器，使它发生倾斜，报警并急停。
（6）胶带纵向撕裂保护
传感器安装在装载点（给煤皮带）的出口，当胶带发生纵撕故障，传感器动作，报警并急停。
（7）自动洒水灭火
该装置可由控制机根据环境情况来自动控制洒水。
4.2.10扩展功能
选择的计算机和系统软件留有备用容量和接口，可以很方便进行扩展（如增加皮带机的保护装置）；分布式系统结构具有良好的扩展（如皮带机随生产的产量的增加，可方便增加皮带机监控分站）。
光纤网络（环网可选结构）的总线式结构可以方便的将需要增加的网络交换机节点接入已有网络体系，避免新增系统设备对现有系统结构的破坏。
交换机节点的设置，可以方便的将新增的设备融入就近的节点，而不需要变动已有的网络结构。
4.2.11综合布线技术要求
1、本系统线路敷设遵循安全、合理、整齐、美观的原则。
符合《综合布线系统工程设计规范》（GB50311-2007）、《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）、《城市地下通信塑料管道工程设计规范》（CECS165:
2004）、《煤矿安全规程》、国际标准ISO∕IECIS11801：
1995及ANSI∕TIA∕EIA568A标准等国家、行业有关规范、标准的规定。
综合布线的设计方案符合最新，充分保证计算机网络高速、可靠的信息传输要求；能在现在和将来适应技术的发展，实现数据通信和图象传递。
2、本项目中的线路敷设符合矿井统一布线的要求，统筹制定管道孔位和挂钩位置的使用方案，合理利用，保证安全，便于施工、维护与管理。
3、各种设计规范、技术指标及产品均符合国际工业标准，并可提供多厂家产品的支持能力；配合技术发展趋势，选择可实施的布线方案，并兼容现阶段的技术需求及未来的发展，具有足够的扩充能力。
4.2.12安全管理
集控中心工作人员赋予相应的用户名和口令。
规定操作人员的不同权限，操作人员只有通过输入正确的口令和密码后才能进行操作，且具有5s后自动注销功能，操作人员的操作信息可以保留5年。
4.3主要监控设备
1、TH1-24
⏹该装置控制核心部分采用德国西门子公司生产的S7-300可编程控制器，其他主要元件均采用进口元件。
通过控制装置可以实现皮带机的就地自动控制和远程自动控制两种控制方式。
⏹采用就地自动控制方式时，通过就地开停控制器的指令输入，自动启动或停止各台电机。
采用远程自动控制方式时，通过传输线路接收控制中心的控制指令，自动启动或停止各台电机。
⏹该装置可同时完成多台皮带机控制、保护动作及相关数据的处理。
内有可编程控制器的控制台，将液晶显示屏融入控制箱，通过可编程控制器实现对所有设备的控制和显示。
a、实现对皮带机的开、停、检修、手动、自动、就地操作的转换
b、实现对皮带相关所有设备的电流电压监控显示，皮带转速显示，皮带综合保护以及皮带实时运行情况的显示。
⏹
（1）主要核心元件
序号
名称
规格和型号
单位
数量
生产厂家
1
PS10A电源
个
1
德国西门子
2
530mm导轨
条
1
德国西门子
3
CPU315-2DP
个
1
德国西门子
4
存储卡512M
个
1
德国西门子
5
CP343以太网模块
个
1
德国西门子
6
32点DI
个
3
德国西门子
7
32点DO
个
3
德国西门子
8
8点AI
个
2
德国西门子
9
40针端子
个
7
德国西门子
10
20针端子
个
2
德国西门子
操作
7主要设备清单
序号
设备名称
型号、规格
单位
1
工控机
研华
台
2
组态软件
IFIX4.5
套
3
系统软件
STEP7V5.4
套
4
激光打印机
台
5
可编程控制柜
台
6
速度传感器
台
7
堆煤传感器
GUJ20
台
8
烟雾传感器
GQQ1
台
9
温度传感器
GWB40
台
10
拉线急停
KHL1-0.1/24
只
11
钢丝绳
5MM
米
12
跑偏传感器
台
13
纵撕传感器
台
23
矿用阻燃四芯屏蔽电缆
MHYVRP1*4*16/0.2
米
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