福兴煤矿皮带集控系统设计方案110620.docx
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福兴煤矿皮带集控系统设计方案110620
山东省枣庄市峄城区福兴煤矿
地面皮带集控系统
技
术
方
案
徐州上若科技有限公司
二O一一年六月
一、总则
本方案是针对煤矿地面皮带运输及工业电视监视系统技术要求,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）MT209煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求
（2）MT571.1煤矿用带式输送机监控系统
（3）MT817煤矿用带式输送机电控装置
（4）MT872煤矿用带式输送机保护装置技术条件
（5）《煤矿安全规程》
（6）《福兴煤矿皮带运输系统工艺流程图》
（二）设计原则
（1）控制系统由地面集中控制中心、现场PLC监控主站、就地控制分站和视频监视系统组成。
（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（DCS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）系统能与矿井综合自动化系统无缝集成。
（5）保证整个系统运行可靠、故障率低、维护方便和修改灵活。
（6）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，充分考虑现场运行、检修要求。
（7）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。
（8）系统具有实时数据采集、处理及多种显示功能。
（9）系统结构合理，为系统今后的完善、提高留有充裕的扩展容量。
（三）达到的技术水平和实现的目标
（1）实现地面集中控制、可视化和语音通话三位一体的自动化控制系统体系。
（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电视相结合，实现以“集中控制为主，就地操作为辅”的控制模式，保证系统的连续性和可靠性。
（3）系统技术达到国内领先水平。
提高开机率和管理水平，减少操作人员和工人的劳动强度，并无缝接入矿井现有的综合自动化系统。
（4）实现地面运输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）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内掌握编程技术。
（6）采用国际先进的的组态软件INTOUCH，动态画面美观，修改灵活，数据保存时间长。
（7）与视频监视相结合，有机的完成可视化管理的先进理念。
（四）承诺
（1）系统技术达到国内领先水平。
（2）实现地面皮带运输机的远程集中控制、可视化和语音通话。
（3）保证系统安全可靠运行。
最终实现矿提出的各项技术指标和要求。
（4）免费培训现场工程技术人员，最终达到基本掌握系统硬件的组成和基本原理。
（5）当系统出现故障时，技术人员可在24小时内到达现场。
（6）对矿提供优质的售后服务。
二、系统概述
根据现场实际使用要求，达到安全可靠运行以及减人提效目的，由徐州上若科技有限公司采用以太网通信技术、现场总线技术，通过集中控制和工业电视相结合，对相关设备进行监控监测。
三、系统结构
针对矿井地面煤流运输生产系统的特点，按照以“集控室集中监控为主，现场就地控制箱操作为辅”的原则，提出以下设计方案。
（一）控制设备
根据现场实际分布情况，利用光纤、电缆组成混合现场总线，实现对矿井地面主煤流运输系统及视频的监测监控。
监测监控系统主要由集控室监控中心，传输线路，就地控制分站和给煤机、煤仓煤位、保护传感器信号等构成。
（二）控制系统组成
地面运输皮带集中控制系统结构如图1所示：
图1地面运输皮带集中控制系统
（1）地面控制中心
地面控制中心设置在集控室，主要通过计算机和监视微机对胶带运输机监视和集中控制。
主要设备和设施包括工业控制计算机、22`显示器、42吋视频监视显示器、网络通信、不间断电源等。
（2）远距离通讯传输系统
工业现场总线由光纤、双绞线、集线器和网络连接器等组成。
（3）地面控制及信号采集装置
地面控制及信号采集装置由两部分组成，KJC-6型胶带输送机集中控制柜。
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。
KJC-6型胶带输送机集中控制柜结合相应配套的传感器、控制器、网络组件等完成对胶带机和给煤机的就地、远程控制。
（4）保护和检测装置
①堆煤保护
②低速打滑保护
③跑偏保护
④烟雾保护
⑤超温洒水保护
⑥煤位连续测量
⑦电流和电压
（5）工业电视
本系统主要由工业摄像设备、控制设备、显示设备、传输设备、光缆等组成。
主要包括摄像机、监视器、转换器、光纤和控制器等。
工业摄像设备采用常州裕华低照度低噪声KBA121B矿用本安型光纤摄像仪。
配备12台矿用摄像仪，把地面皮带运输系统的重要部位的实时图像通过光缆传到集控室，在集控室安装一台数字液晶显示器和一台IBM视频服务器，完成传来的视频信号处理。
12路视频信号经过视频服务器处理后，分别显示在42吋液晶显示器上。
四、控制系统主要功能与特点
（一）地面控制中心
1.冗余功能
地面控制中心采用主、从计算机实现双机热备用，当其中一台计算机出现故障时，可自动切换到另一台计算机，以防止数据丢失或控制失控。
2.系统容量
系统输入/输出点位能够满足可采集500个以上的监控点；巡检周期符合行业规定。
3.扩展功能
选择的计算机和系统软件留有备用容量和接口，可以很方便地进行扩展（如增加胶带机的保护装置）；分布式系统结构具有良好的扩展性，（如胶带机随生产的发展增多，可方便的增加胶带机监控分站）。
4.打印功能
能实时或按时间段打印各胶带机和相关设备的运行参数（如运行时间、电机电流等）和运行状态（如胶带机开停状态、故障类型、故障发生时间等）。
5.控制功能
具有远程启动、停止、复位功能，并可进行地面远程编程、故障（保护）屏蔽及控制方式转换、给煤机点动操作等功能控制。
6.显示功能
能实时显示各胶带机、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。
7.系统软件
系统平台为WINDOWSXP操作系统，应用软件采用INTOUCH组态软件，人机界面友好，便于系统程序员修改和维护。
控制软件采用西门子公司的STEP7V5.4编程软件。
8.数据统计、汇总
对数据进行综合处理，满足报表统计、曲线图、柱状图显示并能打印输出。
9.网络功能
无缝纳入全矿计算机局域网，供矿调度室、矿领导及有关部门随时掌握地面煤流运输系统工况。
10.掉电保护
为防止系统突然断电造成系统数据的丢失以及控制失控，采用3KVAUPS供电，保证系统不间断运行。
UPS能够为系统提供2小时的连续供电要求。
（二）控制模式
为了满足日常运行、检修、故障处理等需要，具备四种控制模式：
远方自动、远方手动、就地和检修。
操作人员可采用不同方式控制各条胶带机的启动和停止。
控制方式有五种:
1.集中控制
在这种方式下，主要有以下二种操作模式：
（1）远方自动
这种控制方式下，操作人员通过地面集控室的工控机或者通过设置在现场的集中操作台发送控制指令，实现各皮带组的顺序控制。
在相应的皮带组无报警情况下，实现皮带的顺序启动和停止。
这种控制方式为主要控制方式，正常情况下，系统都以集中自动控制方式对皮带进行控制。
皮带运输集中操作台
（2）远方手动
这种控制方式为单台皮带或相关设备的启停，皮带组或给煤机的闭锁关系无效，主要是在检修时在地面集控室通过工控机或者设置在现场的集中操作台对皮带机试运行。
在这种控制方式下，给煤机在皮带不运行的情况下仍可以起动，皮带在受煤皮带不运行时也可以起动。
因此，操作人员必须保证相应给煤机或皮带处于无煤状态，否则会发生堆煤事故。
2.就地控制
操作人员可分别在各条胶带机头通过就地控制箱控制胶带机的起、停。
皮带组的闭锁关系及皮带和给煤机的闭锁关系有效。
3.检修
这种方式为单台皮带、给煤机和振动筛及相关设备的启停，皮带组的闭锁关系及皮带和给煤机的闭锁关系无效，它是在分站对皮带进行控制，主要用于皮带检修。
在这种方式下，操作人员必须保证相应给煤机和皮带处于无煤状态，否则会发生堆煤事故。
4.控制方式变换
可以通过胶带机就地控制箱就地/集控/检修切换开关进行转换，使得三种控制方式互为备用、互相闭锁，提高系统的可靠性、安全性和灵活性。
5.后部闭锁
具有同煤流方向相互闭锁功能，实现逆煤流开，顺煤流停。
6.启动方式
现场30KW以上胶带电机采用软启动方式。
（三）显示功能
1.工况图显示
工况图动态显示整个系统所有胶带机、给煤机、转载胶带运行的工况，以及主要保护有关参数信息。
2.信息图显示
实时显示胶带机、给煤机开/停状态和煤仓煤位高度。
如胶带机开停状态、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
同时实时显示胶带机和各种保护传感器的工作状态，显示胶带机的故障类型，分站之间通信是否异常。
4.历史查询
电机电流、电机温度、带速历史趋势图查看、相关数据报表显示和历史数据查询。
（四）保护功能
符合煤炭安全规程对皮带机保护的六项措施。
系统具有胶带机低速打滑、机头堆煤，满仓，超温洒水，烟雾，滚筒超温，沿线急停和跑偏保护。
当任一胶带机出现紧急停车故障时，如打滑、超温、闭锁、堆煤、重跑偏或按下急停按钮等，则该分站将紧急停车，同时将信号传给主站；主站接收到该分站急停后，自动将与该皮带有闭锁关系的设备停止运行。
五、生产系统主要控制监测设备、IO统计表、皮带保护
（一）受控设备
皮带运输系统纳入集控的设备
序号
受控设备名称
数量
单位
皮带参数
电机参数
1
原煤皮带
1
台
长度50.4m，倾角14.3°
30KW，380V
2
手选矸石皮带
1
台
长度11.5m，倾角0°
4KW，380V
2
块煤皮带
1
台
长度72.3m，倾角10.72°
30KW，380V
3
末煤皮带
1
台
长度123.5m，倾角14.11°
55KW，380V
4
可逆皮带
2
台
长度16m，倾角0°
7.5KW，380V
5
可逆皮带行走电动机
2
台
1.5KW，380V
6
矸石仓电液动扇形门
1
扇
7
块煤仓电液动扇形门
1
扇
8
1#末煤仓电液动扇形门
1
扇
9
2#末煤仓电液动扇形门
1
扇
10
矸石仓
1
座
20T
11
块煤仓
1
座
400T
12
1#末煤仓
1
座
4000T
13
2#末煤仓
1
座
4000T
14
永磁除铁器
1
台
15
圆振动筛
1
台
16
空气炮
1
套
（二）IO统计表
皮带运输系统IO统计表
设备
受控设备名称
数量
类型
说明
DO
说明
原煤皮带就地控制箱
原煤皮带50.4m/14.3°
1台
18
DI
集控/就地/检修、运行、故障、
拉线、轻跑偏、重跑偏、堵塞、
撕裂、速度、洒水开、洒水关、
烟雾、启动、停止、预告、急停
5
启动
停止
预告
洒水开洒水关
永磁除铁器
1台
4
DI
运行、故障、启动、停止
2
启动
停止
手选矸石皮带就地控制箱
手选矸石皮带11.5m/0°
1台
9
DI
集控/就地/检修、运行、故障、
启动、停止、预告、急停
3
启动
停止
预告
圆振动筛
1台
2
DI
运行、故障
2
启动
停止
矸石仓电液动扇形门
1扇
5
DI
开到位、关到位、开、关、
故障
2
开
关
块煤皮带就地控制箱
块煤皮带72.3m/10.72°
1台
18
DI
集控/就地/检修、运行、故障、
拉线、轻跑偏、重跑偏、堵塞、
撕裂、速度、烟雾、洒水开、洒水关、启动、停止、预告、急停
5
启动
停止
预告
洒水开洒水关
块煤仓电液动扇形门
1扇
5
DI
开到位、关到位、开、关、
故障
2
开
关
块煤仓
1座
1
AI
煤位
-
-
末煤皮带就地控制箱
末煤皮带123.5m/14.1°
1台
17
DI
集控/就地/检修、运行、故障、
拉线、轻跑偏、重跑偏、堵塞、
撕裂、速度、烟雾、洒水开、洒水关、启动、停止、预告、急停
5
启动
停止
预告
洒水开洒水关
可逆皮带16m、0°
2台
6
DI
启动、停止、故障
4
启动
停止
可逆皮带行走电动机
2台
4
DI
启动、停止
4
启动
停止
末煤仓电液动扇形门
2扇
10
DI
开到位、关到位、开、关、
故障
4
开
关
末煤仓
2
座
2
AI
煤位
-
-
空气炮
1部
1
DI
开
1
开
（三）皮带保护
对于长度超过30米的胶带输送机设拉绳开关、跑偏开关保护，长度超过80米的胶带输送机设两级跑偏开关保护；对于长度超过70米，顷角大于14度的胶带输送机设速度保护及打滑检测装置。
单条皮带基本配置图
1）在原煤皮带、块煤皮带、末煤皮带机头处设置速度传感器，用以检测皮带速度，当皮带发生打滑、超速等故障时，发出声光报警并控制停车。
2）在每条皮带转载点落煤处设置堆煤传感器，用以对皮带进行堆煤保护，当发生堆煤故障时发出声光报警并控制停车。
3）沿原煤皮带、块煤皮带、各设置1台急停闭锁开关，沿末煤皮带设置2台急停闭锁开关，当发生异常时，在皮带任何地方拉动拉绳，发出声光报警并控制停车；每条皮带至少在机头机尾各设一个急停闭锁开关。
4）沿原煤皮带、块煤皮带、各设置2对跑偏开关，沿末煤皮带设置4对跑偏开关，1级跑偏报警，2级跑偏停车。
5）烟雾报警装置
烟雾保护装置是当带式输送机周围有烟雾生成，并达到一定浓度时，保护器自动发出声光报警，并自动停机。
悬挂于皮带涨紧段，距上皮带上方0.6～0.8m，同时在风流下行方向距驱动滚筒5m内的下风口处。
6）预警装置
皮带沿线设置声光报警器，作为起动、停止预告信号。
表1设备传感器配置
序号
设备名称
长度（m）
拉绳开关
皮带跑偏
堆煤开关
速度
预告电铃
烟雾开关
超声波煤位
温度
1
原煤皮带
50.4
1
2
1
1
1
1
2
2
手选矸石皮带
11.5
0
0
0
0
1
2
3
块煤皮带
72.3
1
2
1
1
1
1
2
4
末煤皮带
123.5
2
4
1
1
1
1
2
5
可逆皮带1
16
1
2
6
可逆皮带2
16
1
2
7
矸石仓（1座）
1
8
块煤仓（1座）
1
9
末煤仓（2座）
2
10
小计
289.7
4
8
3
3
6
3
4
12
（四）就地控制箱
现场设备配置就地控制箱，主要作用是提供灵活的控制功能，控制箱上有工作方式转换开关，当转换开关在“集控”位置时，该设备由集控系统控制，现场不可以开车；当转换开关在“就地”位置，设备由岗位操作人员就地控制；当转换开关在“检修”位置时，这种方式为单台皮带、给煤机和振动筛及相关设备的启停，皮带组的闭锁关系及皮带和给煤机的闭锁关系无效，它是在分站对皮带进行控制，主要用于皮带检修。
在这种方式下，操作人员必须保证相应给煤机和皮带处于无煤状态，否则会发生堆煤事故。
。
表:
2就地控制箱配置
名称
安装位置
数量（个）
原煤皮带就地控制箱（单设备）
原煤皮带机头
1
手选皮带就地控制箱（单设备）
手选矸石皮带机头
1
块煤皮带就地控制箱（单设备）
块煤皮带机头
1
末煤皮带就地控制箱（单设备）
末煤皮带机头
1
可逆皮带就地控制箱（单设备）
末煤仓上部
2
可逆皮带行走电动机（单设备）
末煤仓上部
2
圆振动筛就地控制箱（单设备）
圆振动筛
1
电液动扇形门（正反转设备）
相应煤仓
4
空气炮就地控制箱（单设备）
相应煤仓
1
除铁器（单设备）
原煤皮带机头
1
七、设备清单
序号
名称
规格和型号
数量
单位
生产厂家
A、
集控室设备
1
工控机
双核2.0G/2G/250G/双网卡/22"LCD/音箱
2
套
研祥
2
液晶显示器
42吋
1
台
三星
3
视频服务器
1
台
IBM
4
操作系统
WindowsXP
2
套
微软
5
监控软件
1
套
徐州上若
6
组态软件
INTOUCH9.5
2
套
Wonderware
7
不间断电源UPS
3KVA
1
台
山特
8
数据光端机
DC24V
2
只
东土
9
以太网交换机
1
台
D-Link
10
打印机
HPlaserA4
1
台
HP
11
防雷插座
DXH06-Z5/7K
1
个
普天
12
附件
水晶头、网线、网线钳、万用表、电工工具包、尾纤等
1
套
徐州上若
B、
PLC控制台（主站）
1
集中控制台
KJC-6（带进口触摸屏）
1
台
徐州上若
C、
现场设备
1
地面控制箱（单设备）
11
台
2
地面控制箱（正反转设备）
4
台
3
急停闭锁开关
4
台
4
塑料护套钢丝绳
φ3
0.4
Km
5
跑偏开关
8
台
6
堵煤开关
3
套
7
速度传感器
3
只
8
扩音电话
6
个
9
电铃
6
个
10
煤仓煤位传感器（雷达）
LR260
4
台
SIEMENS
11
电磁阀
3
只
12
水幕喷头
3
套
13
温度传感器
PT00
12
根
14
烟雾传感器
3
只
15
电机软启动保护装置
施耐德
3
套
16
电动机综合保护器
12
台
17
防爆摄像仪
KBA121B
12
台
常州裕华
D、
控制电缆
1
控制电缆
MKVVP-450/7504×0.75mm2
0.5
Km
2
控制电缆
MKVVP-450/7507×0.75mm2
2
Km
3
通信电缆
MHYV4×0.75mm2
0.5
Km
通信电缆
MHYV10×0.75mm2
2
Km
4
矿用阻燃光缆
1
Km
5
矿用橡套电力电缆
MYJV-0.6/120mm2
1
Km
6
矿用橡套电力电缆
MYJV-0.6/6mm2
2
Km
八、系统安全性
1.完善胶带机及相关设备的保护。
采用性能可靠、动作灵敏、故障率低的控制保护装置，如胶带机自动控制装置核心部分采用德国SIEMENS公司S7300系列的高端PLC。
2.设备出线口满足安全规程要求，芯线接续简便、牢固。
3.传感器采用本质安全型或矿用隔爆型。
4.就地控制装置设立闭锁开关，便于故障检查、处理时实现闭锁。
5.设备选型符合矿煤矿安全规程要求，具有防潮、防尘、防震和抗干扰性能。
6.因故障查找或处理故障原因，需临时启动胶带时，能将不必要的保护信号临时屏蔽，一切正常后恢复。
九、技术服务与技术支持
1.系统设计与集成由徐州上若科技有限公司和矿共同完成。
现场安装与调试尽可能不影响生产。
2.各煤矿组织人员协助系统安装、调试。
在设计过程中，我们欢迎需方参与技术设计，保证设计联络的畅通。
3．提供现场安装与调试的技术支持，提供完整的技术资料（主要包括：
系统电气原理图、设计方案报告、接线图、技术说明书、使用说明书）。
4.并负责技术培训，使现场人员达到独立完成系统硬件及软件的修改和维护。
5.提供系统移交生产后1年内的免费维修，并对故障进行技术处理。
6.提供系统终身技术支持。
7.当系统出现故障，技术人员可在24小时内到达现场。
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