煤礦主運系統(tǒng)一般由
帶式輸送機構(gòu)成，目前帶式輸送機的監(jiān)測、控制系統(tǒng)一般都處于相互獨立的狀態(tài)，各種系統(tǒng)自成體系，造成整體維護困難，信息不能互通，所以很難從系統(tǒng)工程的角度來整體對礦山進行統(tǒng)一的自動化管理，形成了“信息孤島”現(xiàn)象，很難有效地整合各種資源和發(fā)揮自動化集成的最大效益。本文對其控制系統(tǒng)做了系統(tǒng)分析研究，提出了一種基于先進的OPC技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的帶式輸送機遠程監(jiān)控系統(tǒng)，使煤礦井下的安全信息、設(shè)備的工況信息和控制在一個統(tǒng)一的平臺上傳輸，提高了礦井生產(chǎn)安全調(diào)度水平，實現(xiàn)對煤礦機電設(shè)備的遠程集中監(jiān)測與控制，并且各子系統(tǒng)既可以集中控制，也可以單獨使用。
1、以太網(wǎng)技術(shù)和OPC技術(shù)的簡介
1.1 以太網(wǎng)技術(shù)原理特點
以太網(wǎng)是一種總線型局域網(wǎng)，采用帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問方式( CDMA/CD)進行數(shù)據(jù)傳輸。這種傳輸方式的原理很簡單：一個站點要傳送數(shù)據(jù)時，它首先監(jiān)聽信道（載波偵聽），如果這時信道有數(shù)據(jù)傳輸，則等待到信道空閑再傳送數(shù)據(jù)。當同時有多個站點偵聽到信道空閑并發(fā)出數(shù)據(jù)（多路訪問）時，就會發(fā)生沖突。為此，每個站點在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時進行沖突檢測，一旦發(fā)生沖突便立即停止數(shù)據(jù)傳輸，然后按照一定的算法退避一段時間來等待沖突平息，接著再偵聽信道準備發(fā)送數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)具有傳輸速率高、網(wǎng)絡(luò)軟件豐富、系統(tǒng)功能強、安裝連接簡單和使用維護方便等優(yōu)點。
1.2 0PC技術(shù)原理特點
工業(yè)控制領(lǐng)域用到大量的現(xiàn)場設(shè)備，在OPC出現(xiàn)以前，軟件開發(fā)商需要開發(fā)大量的驅(qū)動程序來連接這些設(shè)備。即使硬件供應商在硬件上做了一些小小改動，應用程序就可能需要重寫。同時，由于不同設(shè)備甚至同一設(shè)備不同單元的驅(qū)動程序也可能不同，軟件開發(fā)商很難同時對這些設(shè)備進行訪問以優(yōu)化操作。硬件供應商也在嘗試解決這個問題，然而由于不同客戶有不同的需要，同時也存在著不同的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，也一直沒有完整的解決方案。
自O(shè)PC技術(shù)提出以后，這個問題得到了解決。OPC是OLE for Process Control的英文縮寫，即把OLE應用于工業(yè)控制領(lǐng)域，是OPC基金會制定的一套過程控制軟件的互操作性規(guī)范，它以微軟的COM/DCOM技術(shù)為基礎(chǔ)，是軟硬件之間的一個中間件。OPC規(guī)范包括OPC服務器和OPC客戶兩個部分，其實質(zhì)是在硬件供應商和和軟件開發(fā)商之間建立了一套完整的“規(guī)則”，只要遵循這套規(guī)則，數(shù)據(jù)交互對兩者來說都是透明的，硬件供應商無需考慮應用程序的多種需求和傳輸協(xié)議，軟件開發(fā)商也無需了解硬件的實質(zhì)和操作過程。
OPC在應用中的互聯(lián)模型如圖1所示。
2、礦井帶式輸送機遠程監(jiān)控系統(tǒng)運行原理
2.1系統(tǒng)運行構(gòu)成
帶式輸送機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成框圖如圖2所示。
(1)監(jiān)控系統(tǒng)界面由2臺工控機（1臺備用）組成，工控機上安裝的監(jiān)控軟件用于實現(xiàn)通過OPC與控制各段帶式輸送機的西門子S7 - 300系列PLC通信。
(2)西門子以太網(wǎng)光纖交換模塊OSM，通過交換機技術(shù)和快速介質(zhì)冗余技術(shù)建立100 Mb/s冗余工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)結(jié)構(gòu)（最大重構(gòu)時間為0.3 s）。
(3)西門子以太網(wǎng)通信模塊CP343 -1，用于實現(xiàn)控制帶式輸送機的PLC通過OPC與監(jiān)控軟件的通信。
2.2基于OPC的監(jiān)控系統(tǒng)的運行原理
2.2.1 0PC的客戶
該系統(tǒng)監(jiān)控軟件選用組態(tài)王，組態(tài)王支持OPC技術(shù)，可以同時掛接任意多個OPC服務器，每個OPC服務器都被作為一個外部設(shè)備，可以進行定義、增加或刪除。運行程序時，組態(tài)王能夠分別和多個OPC服務器建立連接，自動完成和OPC服務器之間的數(shù)據(jù)交換。
2.2.2 0PC服務器及現(xiàn)場設(shè)備
現(xiàn)場控制設(shè)備為西門子的S7 - 300系列的PLC，其CPU通過以太網(wǎng)通信模塊CP343 -1通過OPC和上位機的監(jiān)控軟件實現(xiàn)通信，如圖3為現(xiàn)場控制帶式輸送機的PLC系統(tǒng)的構(gòu)成，其CPU中相應的運行參數(shù)數(shù)據(jù)通過CP343 -1以太網(wǎng)通信模塊及時地在OPC服務器中顯示反映，從而實現(xiàn)OPC客戶與現(xiàn)場設(shè)備的通信。
2.2.3組態(tài)王與OPC服務器的連接
(1)建立OPC設(shè)備：當OPC服務器和OPC基金會提供的相應組件注冊安裝完畢后就可以進行客戶程序和服務器的連接。
(2) OPC服務器中定義數(shù)據(jù)項：OPC服務器中需要定義與實際現(xiàn)場設(shè)備相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項來代表某個現(xiàn)場信息。
(3) OPC服務器與組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典的連接：數(shù)據(jù)詞典時組態(tài)王軟件的實時數(shù)據(jù)庫，在TOUCH-VEW運行時，現(xiàn)場的生產(chǎn)信息將實時地反映在變量當中，因此需要將OPC服務器中的數(shù)據(jù)項與組態(tài)王中的變量相關(guān)聯(lián)。
(4)組態(tài)王界面．制作與實際運行：當組態(tài)王數(shù)據(jù)字典中的數(shù)據(jù)變量定義之后，就可以在畫面開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計監(jiān)控界面，將變量以數(shù)字或?qū)崟r曲線、歷史曲線等方式顯示出來。
(5)系統(tǒng)部分監(jiān)控運行界面簡介：①系統(tǒng)遠程監(jiān)控運行系統(tǒng)的主界面，運行時3段帶式輸送機（地面、井下- 326、井下- 750）的顯示量、控制量、歷史曲線等，可以調(diào)用相應的界面而進行相應的操作控制，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)的監(jiān)視和相關(guān)設(shè)備的監(jiān)控；②帶式輸送機的顯示界面，在該界面中可以實時的顯示各段帶式輸送機運行的各種參數(shù)量，以便在集控調(diào)度室進行監(jiān)視以及對現(xiàn)場反映的信息做出及時處理，以達到實時、可靠、快速的監(jiān)控效果；③帶式輸送機的控制界面，系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)的設(shè)定值（如運人、運煤、驗繩、均轉(zhuǎn)矩、均轉(zhuǎn)速、自動、一手動等參數(shù)），而進行相應的控制量的操作，由于礦井帶式輸送機的運行環(huán)境的復雜，特別是在運煤的同時還涉及到運人，所以控制系統(tǒng)的安全系數(shù)要求比較高，該系統(tǒng)所用的帶式輸送機控制系統(tǒng)是由ASCS系列的全數(shù)字電控調(diào)速控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)安全系數(shù)比大，在該控制界面中可以實施開車、緊急停車、正常停車等控制信號，發(fā)出的相應控制信號發(fā)送給PLC，由PLC來執(zhí)行相應的操作。
(6)帶式輸送機部分控制量原理簡介：就地或者遠程的控制信號發(fā)送給現(xiàn)場的PLC，現(xiàn)場的PLC分為操作與保護PLC。①操作PLC的主要功能有接收外部信號輸入，按照擬定的邏輯控制操作臺面板上指示燈的狀態(tài)，將部分輸入／輸出信號發(fā)送給保護PLC，將全部輸入信號發(fā)送給上位機系統(tǒng)；②保護PLC的主要功能有接收外部信號輸入，按照擬定的邏輯控制繼電器動作（包括起車預告、電氣制動停車、緊急停車及正常停車等），將全部輸入信號及部分輸出信號發(fā)送操作PLC，圖4和圖5分別為正常開車與正常停車的控制流程圖。
正常開車控制流程如下：
按下起車預告按紐，電笛發(fā)出開車預告信號。1號、2號電機風機、整流柜風機、磁場柜風機工作繼電器和接觸器得電而運轉(zhuǎn)，此時磁場電壓建立，電機激磁很快達到額定電流。
正常開車繼電器得電，其常開點閉合以便觸發(fā)調(diào)節(jié)中間繼電器得電，調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)在得到此信號后開始系統(tǒng)調(diào)節(jié)工作，整流器兩端有直流輸出，電動機定子兩端建立起電壓。當電樞電流達到160~200 A后，工作閘松閘，系統(tǒng)起車。
控制系統(tǒng)檢測到帶式輸送機的帶速達到0.2m/s時，低速繼電器得電，其常開點閉合保持正常開車繼電器得電。至此，帶式輸送機啟動過程完畢，帶式輸送機進入正常工作狀態(tài)。
正常停車控制流程：按下正常停車按鈕，即可使系統(tǒng)正常停車，此時控制系統(tǒng)將迫使速度給定為零。輸出整流電壓將線性下降，當輸送機速度低于0.1 m/s，控制器使低速繼電器失電，使工作閘抱閘。低速停車后PLC時鐘T2開始計時，其延時閉合的常開接點經(jīng)過延時使邏輯回路12閉合，為下次開車做準備，系統(tǒng)停車完畢。
3、結(jié) 語
帶式輸送機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實際使用表明，該系統(tǒng)可以滿足礦井生產(chǎn)的要求，提高了礦井運輸?shù)陌踩煽啃院蜕a(chǎn)效率，為礦井安全生產(chǎn)管理工作注入了新的活力。
相關(guān)輸送機產(chǎn)品：
1、
刮板輸送機
2、
螺旋輸送機
3、
皮帶輸送機
