膠帶輸送機(jī)作為一種煤礦生產(chǎn)中主要的運輸設(shè)備，在煤礦大巷的煤炭運輸中廣泛采用，是礦井煤炭運輸系統(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、停止，維護(hù)其正常運轉(zhuǎn)，對帶式輸送機(jī)出現(xiàn)的各種故障要及時檢修排除。另外，煤礦企業(yè)對井下膠帶輸送機(jī)運轉(zhuǎn)情況的監(jiān)控主要依靠工業(yè)電視實現(xiàn)，這種方法的優(yōu)點是實時性好，可以直接觀察到煤倉處等重點位置的生產(chǎn)情況，不足是只能觀測到井下的局部位置，無法了解各個膠帶輸送機(jī)運行的整體情況，更無法對輸送機(jī)的啟動、停止進(jìn)行控制，對故障進(jìn)行處理。
1、項目簡介
    某煤礦，1982年8月建成投產(chǎn)，是一座年產(chǎn)100多萬噸的大型現(xiàn)代化礦井，井田面積18 km2，現(xiàn)有107和315兩個采區(qū)進(jìn)行煤炭開采，目前兩采區(qū)共安裝14部膠帶輸送機(jī)接力提升，完成井下煤炭運輸。井下已使用KHA36-2型輸送帶張力監(jiān)控保護(hù)裝置，實現(xiàn)輸送帶的綜合保護(hù)與輸送帶張力測量。為了在中央調(diào)度室內(nèi)完成地對井下14條膠帶輸送機(jī)生產(chǎn)情況全面監(jiān)控，并實現(xiàn)上位機(jī)對井下輸送機(jī)啟動、停車、故障自處理等功能控制，設(shè)計煤礦膠帶運輸DCS系統(tǒng)，以完成對107采區(qū)和315采區(qū)膠帶輸送機(jī)的集散控制。
2、膠帶運輸監(jiān)控DCS系統(tǒng)功能與構(gòu)成
    DCS系統(tǒng)是由計算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、測量控制技術(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。
    膠帶運輸監(jiān)控DCS系統(tǒng)的功能包括：對膠帶輸送機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制、現(xiàn)場集中控制、現(xiàn)場手動控制；通過實時采集各種現(xiàn)場傳感信息，動態(tài)顯示膠帶機(jī)運行狀態(tài)，包括帶速、膠帶輕／重跑偏、急停拉索動作、堆煤、斷帶故障等信息，并由上位機(jī)對膠帶運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測、直觀顯示；系統(tǒng)對膠帶電機(jī)電流實時檢測，實現(xiàn)設(shè)備的自動保護(hù)，系統(tǒng)運行、報警及故障時有圖形及語音提示等等。
    膠帶運輸監(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，主要包括速度檢測傳感器、溫度傳感器、膠帶跑偏開關(guān)、緊急閉鎖開關(guān)等工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備，主要負(fù)責(zé)兩個采區(qū)中各個膠帶輸送機(jī)運行狀態(tài)信息的實時采集，并上傳到上位機(jī)系統(tǒng)。另外系統(tǒng)設(shè)置多臺遠(yuǎn)程I/O站，站中安裝I/O模塊，用于各種采集信號的采集與輸出。
    (2)過程管理層。過程管理設(shè)備主要包括兩個采區(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)的不斷點名查詢，針對查詢控制層內(nèi)采集設(shè)備獲取的實時數(shù)據(jù)上傳，從而實現(xiàn)上位機(jī)與數(shù)據(jù)采集裝置之間的通訊，同時為方便管理和擴(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)場總線技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，CAN現(xiàn)場總線抗干擾能力強(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)控制計算機(jī)，通過運行專用的監(jiān)控軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)對井下14臺膠帶輸送機(jī)運行情況的監(jiān)控，完成對各種信息的管理、操作和顯示，實現(xiàn)集中控制，并將各臺膠帶輸送機(jī)的運轉(zhuǎn)情況實時寫入數(shù)據(jù)庫，調(diào)度室內(nèi)的調(diào)度員通過友好的監(jiān)控界面實時掌握井下的生產(chǎn)情況，完成調(diào)度。
    膠帶運輸監(jiān)控DCS系統(tǒng)配置如圖1所示。
3、膠帶運輸監(jiān)控DCS系統(tǒng)實施
    系統(tǒng)中負(fù)責(zé)監(jiān)控兩個采區(qū)膠帶輸送機(jī)運轉(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)。井下各個膠帶輸送機(jī)的有無煤、是否出現(xiàn)故障等運行狀態(tài)，由有無煤傳感器、跑偏傳感器、溫度傳感器等實時獲取。
3.1  上下通信方式設(shè)計
    該系統(tǒng)中，采用一臺上位機(jī)經(jīng)過兩個區(qū)域控制器與多臺下位機(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)送的信號也是經(jīng)過區(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)“點名”的方式實現(xiàn)，上位機(jī)循環(huán)發(fā)送包括區(qū)域控制器編號、終端號等信息的“點名”數(shù)據(jù)到區(qū)域控制器，區(qū)域控制器再下發(fā)，只有收到點名數(shù)據(jù)的下位機(jī)終端才上傳膠帶輸送機(jī)的運行情況。這種“點名上傳”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
    合理的通信協(xié)議是實現(xiàn)穩(wěn)定、高效通信的根本保障。該系統(tǒng)上位機(jī)下發(fā)的點名數(shù)據(jù)設(shè)計為5個字節(jié)，具體協(xié)議設(shè)計如圖2示。
    下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)主要包括下位機(jī)序號、8種故障信息、啟動、停止等運行狀態(tài)，所以上傳數(shù)據(jù)設(shè)計為6個字節(jié)，具體協(xié)議設(shè)計如圖3示。
    另外上傳數(shù)據(jù)中第4個字節(jié)表示8種故障信息，具體協(xié)議設(shè)計如圖4示。
3.3監(jiān)控畫面的設(shè)計
    直觀、形象地顯示膠帶輸送機(jī)運轉(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)計主要有兩種方法：(1)借助組態(tài)軟件提供的一些常用動畫組件，如同搭積木一樣，搭接出工作現(xiàn)場仿真界面，其缺點是組態(tài)提供的動畫組件有限，對有特定特點的采取仿真界面相似度不高；(2)通過定時器變換多個靜態(tài)圖片實現(xiàn)現(xiàn)場動畫的模擬，這種方式的不足是系統(tǒng)維護(hù)多張圖片變換產(chǎn)生動畫較為消耗系統(tǒng)資源。
    該系統(tǒng)中監(jiān)控仿真動畫利用Flash技術(shù)制作完成。Flash設(shè)計的仿真動畫，具有體積小、動畫精美生動等優(yōu)點，并可以根據(jù)膠帶輸送機(jī)的長度、傾角、煤倉形狀等特點制作動畫，真實模擬現(xiàn)場設(shè)備，相似度高，動畫美觀。
4、結(jié)束語
    通過DCS系統(tǒng)的使用，既實現(xiàn)了井下膠帶輸送機(jī)的分散控制，又實現(xiàn)了上位機(jī)的集中信息管理，可以在調(diào)度室監(jiān)控各個采區(qū)膠帶輸送機(jī)的生產(chǎn)情況，系系統(tǒng)的自動控制、實時報警等功能有效保證了膠帶輸送
   機(jī)運轉(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。