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     膠帶輸送機(jī)作為一種煤礦生產(chǎn)中主要的運(yùn)輸設(shè)備，在煤礦大巷的煤炭運(yùn)輸中廣泛采用，是礦井煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)的中樞。傳統(tǒng)的膠帶輸送機(jī)控制方式主要有就地控制和集中控制兩種，兩種控制方式都是以人工控制為主，依靠多名專職膠帶輸送機(jī)操作司機(jī)負(fù)責(zé)控制輸送機(jī)的啟動(dòng)、停止，維護(hù)其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)帶式輸送機(jī)出現(xiàn)的各種故障要及時(shí)檢修排除。另外，煤礦企業(yè)對(duì)井下膠帶輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況的監(jiān)控主要依靠工業(yè)電視實(shí)現(xiàn)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好，可以直接觀察到煤倉(cāng)處等重點(diǎn)位置的生產(chǎn)情況，不足是只能觀測(cè)到井下的局部位置，無(wú)法了解各個(gè)膠帶輸送機(jī)運(yùn)行的整體情況，更無(wú)法對(duì)輸送機(jī)的啟動(dòng)、停止進(jìn)行控制，對(duì)故障進(jìn)行處理。
1、項(xiàng)目簡(jiǎn)介
    某煤礦，1982年8月建成投產(chǎn)，是一座年產(chǎn)100多萬(wàn)噸的大型現(xiàn)代化礦井，井田面積18 km2，現(xiàn)有107和315兩個(gè)采區(qū)進(jìn)行煤炭開(kāi)采，目前兩采區(qū)共安裝14部膠帶輸送機(jī)接力提升，完成井下煤炭運(yùn)輸。井下已使用KHA36-2型輸送帶張力監(jiān)控保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)輸送帶的綜合保護(hù)與輸送帶張力測(cè)量。為了在中央調(diào)度室內(nèi)完成地對(duì)井下14條膠帶輸送機(jī)生產(chǎn)情況全面監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)井下輸送機(jī)啟動(dòng)、停車、故障自處理等功能控制，設(shè)計(jì)煤礦膠帶運(yùn)輸DCS系統(tǒng)，以完成對(duì)107采區(qū)和315采區(qū)膠帶輸送機(jī)的集散控制。
2、膠帶運(yùn)輸監(jiān)控DCS系統(tǒng)功能與構(gòu)成
    DCS系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CRT技術(shù)、圖形顯示技術(shù)及人機(jī)接口技術(shù)相互滲透發(fā)展而產(chǎn)生的新型控制系統(tǒng)，在工業(yè)、礦業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛糾。
    膠帶運(yùn)輸監(jiān)控DCS系統(tǒng)的功能包括：對(duì)膠帶輸送機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制、現(xiàn)場(chǎng)集中控制、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制；通過(guò)實(shí)時(shí)采集各種現(xiàn)場(chǎng)傳感信息，動(dòng)態(tài)顯示膠帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，包括帶速、膠帶輕／重跑偏、急停拉索動(dòng)作、堆煤、斷帶故障等信息，并由上位機(jī)對(duì)膠帶運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、直觀顯示；系統(tǒng)對(duì)膠帶電機(jī)電流實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)保護(hù)，系統(tǒng)運(yùn)行、報(bào)警及故障時(shí)有圖形及語(yǔ)音提示等等。
    膠帶運(yùn)輸監(jiān)控DCS系統(tǒng)主要有以下3部分組成：
    (1)設(shè)備控制層。設(shè)備控制層硬件主要由各種數(shù)據(jù)采集裝置構(gòu)成，主要包括速度檢測(cè)傳感器、溫度傳感器、膠帶跑偏開(kāi)關(guān)、緊急閉鎖開(kāi)關(guān)等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，主要負(fù)責(zé)兩個(gè)采區(qū)中各個(gè)膠帶輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)采集，并上傳到上位機(jī)系統(tǒng)。另外系統(tǒng)設(shè)置多臺(tái)遠(yuǎn)程I/O站，站中安裝I/O模塊，用于各種采集信號(hào)的采集與輸出。
    (2)過(guò)程管理層。過(guò)程管理設(shè)備主要包括兩個(gè)采區(qū)的區(qū)域控制器與井下人機(jī)接口。該DCS系統(tǒng)為107采區(qū)和315采區(qū)各安裝一個(gè)區(qū)域控制器，區(qū)域控制器選用Intel的89S52單片機(jī)芯片為控制核心，區(qū)域控制器負(fù)責(zé)接收調(diào)度室內(nèi)上位機(jī)的不斷點(diǎn)名查詢，針對(duì)查詢控制層內(nèi)采集設(shè)備獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與數(shù)據(jù)采集裝置之間的通訊，同時(shí)為方便管理和擴(kuò)展系統(tǒng)提供一種有效的方法。井下輸送機(jī)司機(jī)使用的人機(jī)接口裝置，包括操作者鍵盤、顯示裝置等裝置。該DCS系統(tǒng)采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，CAN現(xiàn)場(chǎng)總線抗干擾能力強(qiáng)、通信速率高、傳輸距離遠(yuǎn)、構(gòu)成系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可以保障數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸。
    (3)管理層（上位機(jī)）。上位機(jī)采用高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通過(guò)運(yùn)行專用的監(jiān)控軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下14臺(tái)膠帶輸送機(jī)運(yùn)行情況的監(jiān)控，完成對(duì)各種信息的管理、操作和顯示，實(shí)現(xiàn)集中控制，并將各臺(tái)膠帶輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況實(shí)時(shí)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，調(diào)度室內(nèi)的調(diào)度員通過(guò)友好的監(jiān)控界面實(shí)時(shí)掌握井下的生產(chǎn)情況，完成調(diào)度。
    膠帶運(yùn)輸監(jiān)控DCS系統(tǒng)配置如圖1所示。
3、膠帶運(yùn)輸監(jiān)控DCS系統(tǒng)實(shí)施
    系統(tǒng)中負(fù)責(zé)監(jiān)控兩個(gè)采區(qū)膠帶輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況的工控機(jī)安裝在調(diào)度室內(nèi)，工控機(jī)卞連兩個(gè)區(qū)域控制器，分別負(fù)責(zé)107與315采區(qū)的信息采集任務(wù)。井下各個(gè)膠帶輸送機(jī)的有無(wú)煤、是否出現(xiàn)故障等運(yùn)行狀態(tài)，由有無(wú)煤傳感器、跑偏傳感器、溫度傳感器等實(shí)時(shí)獲取。
3.1  上下通信方式設(shè)計(jì)
    該系統(tǒng)中，采用一臺(tái)上位機(jī)經(jīng)過(guò)兩個(gè)區(qū)域控制器與多臺(tái)下位機(jī)通信的模式，為避免系統(tǒng)通信沖突，系統(tǒng)采用兩級(jí)通信的方式，上位機(jī)只與區(qū)域控制器直接通信，區(qū)域控制器再負(fù)責(zé)與多個(gè)下位機(jī)進(jìn)行通信。上位機(jī)向下發(fā)送的指令都發(fā)送到區(qū)域控制器，由區(qū)域控制器再發(fā)送到下位機(jī)智能終端，同樣，下位機(jī)發(fā)送的信號(hào)也是經(jīng)過(guò)區(qū)域控制器再上傳到上位機(jī)。具體通信方式采用上位機(jī)循環(huán)“點(diǎn)名”的方式實(shí)現(xiàn)，上位機(jī)循環(huán)發(fā)送包括區(qū)域控制器編號(hào)、終端號(hào)等信息的“點(diǎn)名”數(shù)據(jù)到區(qū)域控制器，區(qū)域控制器再下發(fā)，只有收到點(diǎn)名數(shù)據(jù)的下位機(jī)終端才上傳膠帶輸送機(jī)的運(yùn)行情況。這種“點(diǎn)名上傳”的通信方式有效避免了通信的沖突，使通信能有序進(jìn)行。
3.2通信協(xié)議設(shè)計(jì)
    合理的通信協(xié)議是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效通信的根本保障。該系統(tǒng)上位機(jī)下發(fā)的點(diǎn)名數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)為5個(gè)字節(jié)，具體協(xié)議設(shè)計(jì)如圖2示。
    下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)主要包括下位機(jī)序號(hào)、8種故障信息、啟動(dòng)、停止等運(yùn)行狀態(tài)，所以上傳數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)為6個(gè)字節(jié)，具體協(xié)議設(shè)計(jì)如圖3示。
    另外上傳數(shù)據(jù)中第4個(gè)字節(jié)表示8種故障信息，具體協(xié)議設(shè)計(jì)如圖4示。
3.3監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)
    直觀、形象地顯示膠帶輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況是上位機(jī)的重要功能。目前，上位機(jī)監(jiān)控軟件界面的設(shè)計(jì)主要有兩種方法：(1)借助組態(tài)軟件提供的一些常用動(dòng)畫組件，如同搭積木一樣，搭接出工作現(xiàn)場(chǎng)仿真界面，其缺點(diǎn)是組態(tài)提供的動(dòng)畫組件有限，對(duì)有特定特點(diǎn)的采取仿真界面相似度不高；(2)通過(guò)定時(shí)器變換多個(gè)靜態(tài)圖片實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)畫的模擬，這種方式的不足是系統(tǒng)維護(hù)多張圖片變換產(chǎn)生動(dòng)畫較為消耗系統(tǒng)資源。
    該系統(tǒng)中監(jiān)控仿真動(dòng)畫利用Flash技術(shù)制作完成。Flash設(shè)計(jì)的仿真動(dòng)畫，具有體積小、動(dòng)畫精美生動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，并可以根據(jù)膠帶輸送機(jī)的長(zhǎng)度、傾角、煤倉(cāng)形狀等特點(diǎn)制作動(dòng)畫，真實(shí)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，相似度高，動(dòng)畫美觀。
4、結(jié)束語(yǔ)
    通過(guò)DCS系統(tǒng)的使用，既實(shí)現(xiàn)了井下膠帶輸送機(jī)的分散控制，又實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)的集中信息管理，可以在調(diào)度室監(jiān)控各個(gè)采區(qū)膠帶輸送機(jī)的生產(chǎn)情況，系系統(tǒng)的自動(dòng)控制、實(shí)時(shí)報(bào)警等功能有效保證了膠帶輸送
   機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的連續(xù)性和可靠性，有效提高了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。