平安煤业皮带自动控制方案.docx

平安煤业皮带自动控制方案.docx

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平安煤业皮带自动控制方案

寿阳段王集团平安煤业

东井井上皮带自动化系统方案

科技大学机电技术研究所

鲁科自动化技术

地址：

省市泰山大街中段（山科大西校区）：

（0538）8496558传真：

6227018

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网址：

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skdyyt163.

公司简介

资质文件

第一章概述

一，系统建设设计原则：

二，本设计遵循的国家及行业标准：

三，系统的用途及适用围

四，系统基本功能

五，系统优势

第二章系统硬件组成及工作原理

一，系统硬件组成

二，系统硬件的工作原理

1.SIMATICS7系列PLC

2.传感器

2.1物流传感器：

2.2煤位传感器

2.3位置速度传感器

2.4温度传感器

2.5烟雾传感器

2.6撕裂传感器

2.7跑偏传感器

2.8急停闭锁开关

3.矿用点自动喷雾装置

4.MCGS触摸屏

5.矿用本质安全型操作台

6.控制模式

第三章服务承诺

第四章系统配置表

科技大学机电技术研究所

鲁科自动化技术简介

科技大学为原中国国家煤炭工业部直属八大煤炭院校之一，具有较强的基础研究、应用研究和科技开发能力及多学科交叉的综合科技优势。

在矿业工程、测绘科学与技术、地质资源与地质工程、控制理论与控制工程、计算机软件与理论、岩土工程、机械电子工程、机械设计及理论等领域有较强的学科基础和学术优势。

设有工程技术及人文社会科学类专业研究院（所）80个。

科技大学在矿山数字化/信息化/自动化研究领域承担有两大课题：

国家科技部2009年度863科技项目《关于十一五863计划数字化采矿关键技术与软件开发重点项目》

中国煤炭工业协会2008年度科学技术研究计划项目《数字化矿山/信息化矿井建设》

科技大学机电技术研究所（科技大学科技开发公司、省工业测控技术研究中心、鲁科自动化技术、市正信机电责任、高科自动化设备），主要承担矿山自动化/数字化系统（包括各子系统）研发、生产及环形以太网基础上矿井自动化平台建设，中国煤炭工业协会《数字化矿山/信息化矿井建设》科技项目承担单位。

系统提供的数字矿山解决方案不仅可以比较有效地解决包括“一通三防”、机电设备集中管理、水文监测监控在的安全问题，而且可以通过建设双环千兆网-井上下千兆环网-子系统百兆工业应用指挥平台，实现矿山地上地下所有对象的数据采集、远程集中监测监控，实现可视化透明管理，可以实现矿山管理做到从散乱数据到规的信息集成、从容的不可见到透明管理、从危险源的不可知到超前预警、从灾变结果的不可控到智能控制、从粗放的管理模式到精细管理、从经验管理到智能决策等质的转变，引领了我国信息化带动工业化、用信息自控技术改造传统产业的进程。

科技大学机电技术研究所（省工业测控技术研究中心、鲁科自动化技术、市正信机电责任、高科自动化设备公司）为科技大学直属研究单位，鲁科自动化技术为技术研发基地，市正信机电责任、高科自动化设备为生产制造基地，拥有教授、副教授、高级工程师及博士、硕士30多名，具有很强的科研攻关及产品开发能力。

科技大学机电技术研究所为中国煤炭工业协会“数字化矿山/信息化矿井”科技项目承担单位，近年来致力于工矿企业数字化、信息化、综合自动化系统研究与开发，部分技术达到国际先进水平，在全国工矿企业得到了广泛应用。

并已在全国各地200多个矿山成功实施相关项目（2010年仅在枣庄滕州矿区实施双环千兆网-井上下千兆环网-子系统百兆工业应用指挥建设平台的矿井综合自动化的煤矿有岱庄生建煤矿、金庄生建煤矿、辰龙集团锦丘煤矿、辰龙集团东大煤矿、富安煤炭公司等）。

具有丰富的项目经验和施工团队，能够确保质量，保证长期、现场服务！

仅2009年科技大学机电技术研究所获得国家专利授权12项，获得国家科技奖励8项，完成纵横向科研项目近60项，科研经费超过6000万元。

2010年承担中国煤炭工业协会、中国国家安监总局、省科委、省经委、省煤炭局科研项目76项，科研经费超过8000万元

山东科技大学

鲁科自动化技术

科技大学机电研究

第1章概述

一，系统建设设计原则：

本方案是针对煤矿主煤流运输系统技术要求,并充分考虑其先进性、安全性、可靠性及安装、使用和维护的方便而设计。

（一）设计依据

（1）设计方案根据矿方提出技术要求作出。

（2）系统设备符合矿生产环境条件，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。

（二）设计原则

（1）系统设计预留网络传输接口。

（2）解决就地控制存在的事故隐患，减少各设备之间相互脱节、无法充分发挥效率的缺点。

实现就地无人操作，仅设巡检人员。

（3）本系统采用分布式控制系统，结构合理，信息共享，实现提高指挥效率和生产率，达到减人提效的目的。

（4）实现井下皮带机、给煤机和煤仓煤位的控制信号及工业计算机信号全部由光纤传输。

（5）充分满足现场运行和检修要求。

（6）保证整个系统运行可靠、故障率低、维护方便和修改灵活。

（7）系统具有灵活和可靠的控制功能，简单实用，易于掌握，人机界面友好。

（8）系统具有自诊断功能，报警时可以语音、图像显示等功能实现。

（9）系统具有实时数据采集、处理及多种显示功能。

（10）系统结构合理，便于系统的扩展。

（三）达到的技术水平和实现的目标

（1）实现地面集中控制。

（2）立足于高起点、高技术和高质量，将计算机控制系统和工业自动化相结合，实现以

“自动控制为主，就地监控为辅”的控制模式，保证主煤流运输系统的连续性和可靠性。

（3）系统技术达到国领先水平。

提高开机率和管理水平，减少操作人员和工人的劳动强度，为今后矿井生产综合自动化打下良好基础。

（4）实现对主煤流胶带机运输的长距离、多点位信息传输和集中监测监控。

具有在线监测、分析及完善的保护和报警功能。

（5）利用现有保护传感器，增加、更换必要的传感器，实现胶带机及相关设施的集中控制。

（6）通俗易懂的梯形图编程语言，现场技术人员可在最短的时间掌握编程技术。

（7）采用国际流行的组态软件，动态画面美观，修改灵活，数据保存时间长。

历史数据可以长期保存（3~5年）。

二，本设计遵循的国家及行业标准：

1、《煤矿安全规程》2011版；

2、《煤炭工业矿井设计规》；

3、《AQ6201－2006矿山安全监控系统通用技术要求》；

4、《MT/T1004-2006矿山安全生产监控系统通用技术条件》；

5、《MT/T1008-2006矿山安全生产监控系统软件通用技术要求》；

6、《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》；

7、《矿山通信、检测、控制用电工电子产品通用技术条件》；

8、《矿山监控系统性能测试方法》；

9、《软件开发规》；

10、《计算机软件可靠性和维护性管理》；

11、《计算机软件质量保证计划规》；

12、《电气装置安装工程施工及验收规》；

13、《用户终端设备耐过压和过电流能力规》；

14、《信息技术设备包括电气设备的安全规》；

15、《安全技术防规工程程序技术规》；

其他有关行业标准、规。

三，系统的用途及适用围

本系统是科技大学机电研究所专门为矿井矿山的皮带运输实现信息数字化集控而制定的。

该系统是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、操作简单、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、远程控制。

四，系统基本功能

控制功能

该系统既可在井上调度室对井上、井下皮带运输进行实时监控，也可在现场操作台、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，也可对多条生产线的整个系统实现一键起停。

在全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。

保护功能

该系统具有煤仓高、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，烟雾保护等多种保护功能。

故障时产生报警，故障严重时自动停车（可根据现场情况和矿方要求更改）。

故障停车可实现逆煤流方向立即停止，顺煤流方向每条皮带乃煤运完时自动停车。

监测功能

该系统可在调度室主控计算机和井下触摸屏对皮带进行动态监测。

各种实时数据的在线监测、历史数据的查寻。

故障时产生声光报警并弹出报警详情。

还可在工控机动态界面上指出报警位置。

员工在处理问题时更准确、迅速、简单。

扩展功能

该系统采用西门子SIMATICS7系列CPU（或矿用本安型PLC），CPU的前面都可以增加一块信号板，以扩展数字或模拟I/O，而不必改变控制器的体积。

信号模块可以连接到CPU的右侧，以进一步扩展其数字或模拟I/O容量。

RS-232、RS-485、和以太网等；可以方便的组成多级远程通讯网。

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。

集成功能

该系统能将具有相同通讯功能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。

五，系统优势

（1）可靠性高

本系统采用西门子PLC为控制核心，各分控制箱站、主站操作台和井上皮带集控调度中心上位机均仅采用光纤通讯，数据传输速度快、抗干扰能力强。

（2）配置灵活

本系统在组态系统时具有极大的灵活性，具有极强的处理能力。

井下有集控操作台、嵌入式计算机；每条皮带都有就地分站箱；控制方式有：

就地、集控、远程、检修、紧急停机（皮带沿线和就地分站控制箱）和远程闭锁。

●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：

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。

（3）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、232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。

（4）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）。

设备报警为声光报警。

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触摸屏上显示报警，并指出故障位置，维护更方便、简单。

根据平安煤业东井皮带现场实际情况，把现场皮带综合保护装置箱、变频控制箱与矿方新安装的液压盘形闸、液压站全部集中控制，后备保护传感器全部接入TH1-24操作台PLC控制回路中。

实现一体化启停皮带。

系统预留远程传输数据接口。

第2章系统硬件组成及工作原理

TH1-24矿用防爆本质安全型集控操作台

1、系统硬件组成

本系统是以西门子SIMATICS7系列CPU（或矿用本安型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：

SIMATICS7-系列PLC、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）、自动喷雾装置、防爆本安型操作台、网络交换机和人机界面触摸屏监控软件等组成。

2.系统硬件的工作原理

1．SIMATICS7系列PLC

该产品是西门子最新推出的可编程控制器充分满足于中小型自动化的系统需求。

在研发过程中充分考虑了系统、控制器、人机界面和软件的无缝整合和高效协调的需求。

SIMATICS7系列集成了PROFINET接口，使得编程、调试过程以及控制器和人机界面的通信可以全面地使用PROFINET工业以太网技术，并对现有的PROFIBUS系统的升级提供了很好的支持。

同时，SIMATICS7系列小型控制器的设计具备可扩展性和灵活性，使其能够精确完成自动化任务对控制器的复杂要求。

CPU本体可以通过嵌入输入/输出信号板完成灵活扩展。

“信号板”是S7系列的一大亮点，信号板嵌入在CPU模块的前端，可以提供两个数字量输入/数字量输出接口或者一个模拟量输出。

这一特点使得系统设计紧凑，配置灵活。

同时通过独立的RS-232或RS-485通信模块可实现PLC通信灵活扩展。

主要特点

快速、简单、灵活的工业通讯

新型的SIMATICS7系列配备了集成PROFINET接口，提供与下列组件的无缝通讯：

集成SIMATICSTEP7Basic工程组态系统（用于编程）；SIMATICHMI精简系列面板；其它控制器（用于PLC间的通讯）；第三方设备（用于可选的高级集成）。

组网简单

SIMATICS7系列通讯接口由一个抗干扰的RJ45连接器组成。

该连接器具有自动交*网线（auto-cross-over）功能，支持最多16个以太网连接，数据传输速率达10/100Mbit/s。

为了使布线最少并提供最大的组网灵活性，可以将紧凑型交换机模块CSM1277和SIMATICS7系列一起使用，以便轻松组建一个统一或混合的网络（具有线型、树型或星型的拓扑结构）。

CSM1277是一个4端口的非托管交换机，用户可以通过它将SIMATICS7-1200连接到最多3个附加设备。

除此之外，如果将SIMATICS7-1200和SIMATICNET工业无线局域网组件一起使用，您还可以获得一个全新的组网规模。

与其它控制器和HMI设备进行通讯

为了保证与其它控制器和HMI设备之间的通讯，SIMATICS7系列可以连接到多个S7控制器和HMI设备，使用成熟的通讯协议进行通讯。

与第三方设备进行通讯

SIMATICS7系列上的集成接口不仅可以与其它厂商的设备进行无缝集成，还可以通过开放式以太网协议TCP/IPnative和ISOonTCP与多个第三方设备进行连接和通讯。

集成的工程组态系统SIMATICSTEP7Basic还为SIMATICS7系列提供了标准T-Send/T-Receive指令，因此用户在设计自动化解决方案时能够获得更高的灵活性。

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。

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。

2.传感器

2.1堆煤传感器：

堆煤保护取样由煤位传感器实现，正常时煤位传感器输出端“C”输出高电平，当煤位增高推移传感器偏转一定角度时，其万向接点导通，“C”输出低电平，“满煤”指示灯亮，经短暂延时，主机执行继电器释放，实现堆煤保护，同时发出语言报警信号。

电极式煤位传感器原理相同，当电极接触煤堆时，在煤电阻小于1.5M±500K的情况下,经1-3秒延时,实现故障停机,保护皮带。

皮带机正常运转时，将机械推移式堆煤传感器触头偏移15～60°或在两根电极同时接触到煤时，延时2～3秒，皮带机应停机，监控仪主机“堆煤”指示灯亮，同时发出响亮的“堆煤”语言报警声。

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。

基本参数表

名称

项目

基本技术参数

煤位传感器

电源电压（V）

DC12V

工作电流（μA）

﹥100

2.3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。

基本参数表

名称

项目

基本技术参数

速度传感器

电源电压（V）

DC12V

测速类别

角速度

检测原理

磁一干黄式

测速围（HZ）

0~3

输出信号形式

无源接点

动作方向

双向

动作距离（mm）

磁铁面距传感器感应面5~10

干簧管接点形式

一组常开接点

干簧管接点容量（A/V）

DC0.01~12

干簧接点闭合电阻（Ω）

≤10

干簧接点断开电阻（KΩ）

≥100

工作特性

磁钢距传感5~10mm时，输出接点闭合，工作频率小于3HZ

2.4温度传感器

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。

基本参数表

名称

项目

基本技术参数

温度传感器

电源电压（V）

DC12V

温度保护围（℃）

50士5

检测原理

温度继电器

动作时间（min）

≤10

复原时间（min）

≤30

输出方式

未保护开路

保护短路

继电器接点形式

一组常闭接点

继电器接点容量（A/V）

DC0.01~12

继电器点闭合电阻（Ω）

≤10

继电器点断开电阻（KΩ）

≥100

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。

烟雾传感器电路原理图

烟雾

探头

＜一一

升压

电路

＜一一

声音报警电路

＜一一

输出

电路

YW

一一一一一＞

基本参数表

名称

项目

基本技术参数

烟雾传感器

电源电压（V）

DC12V

探头电压（V）

DC24V

检测原理

离子感烟

最大工作电流（A）

≤1

传输距离（m）

≥1000

输出信号（V）（10mA电流测试）

无烟监测DC≥10

有烟报警DC≤0.5

烟雾灵敏度

1~3级

负载能力（mA）

≤50

适用风速（m/s）

≤8

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。

基本参数表

名称

项目

基本技术参数

撕裂传感器

电源电压（V）

DC12V

接点形式

一对常开，一对常闭

接点容量

DC0.1A12V

复位角度

0°~5°

动作角度

10°~15°

动作方向

单向

接触电阻

≤0.2Ω

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，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，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。

基本参数表

名称

项目

基本技术参数

跑偏传感器

电源电压（V）

DC12V

工作电流（A）

≤100MA

动作角度

第一级40°±5

第二级60°±5

复位角度

10°~15°

输出信号

音频1000~2000Hz幅值≥9V

动作方向

双向

动作级数

二级

接点形式

一组常开，一组常闭

接点容量（A/V）

DC0.5~12

接触电阻（Ω）

≤0.1

探杆转动的极限角度

≥70°

动作性能

传感器受力作用，探杆摆动至动作角度时立刻动作，无力后自动返回原位，经过复位角度后立刻复位

2.8急停闭锁开关

急停闭锁开关适用于具有爆炸性混合气体的危险场所以及露天煤矿、选煤厂等工作场所，作为矿用带式输送机综合保护控制装置的紧急停车信号检测之用。

接点容量：

30V/10A；

接点接触电阻≤0.1Ω，振动、冲击后≤0.2Ω；

动作力：

60N±10N；复位力：

60N±10N；

动作性能：

急停开关任一边的驱动拉环上向外施加作用力时，

急停开关的接点状态应翻转，并能自锁；在相应的复位拉环上向外施加作用力时，急停开关的接点状态应复原；

外形尺寸：

165mm×90mm×160mm；

结构：

急停开关由外壳、行程开关、急停拉环、复位拉环、接线端子等部分组成。

工作原理：

急停开关任一边的急停拉环上向外施加60N±10N的作用力并产生位移时，急停开关的行程开关动作，接点状态翻转，并自锁；在相应的复位拉环上向外施加60N±10N的作用力时，急停开关的行程开关再次动作，接点状态复原。

3.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：

AC127V/36V（Hz）±15%。

4．电动阀工作电压：

12VDC。

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：