煤礦主運(yùn)系統(tǒng)一般由
帶式輸送機(jī)構(gòu)成，目前帶式輸送機(jī)的監(jiān)測、控制系統(tǒng)一般都處于相互獨(dú)立的狀態(tài)，各種系統(tǒng)自成體系，造成整體維護(hù)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(jìn)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(jìn)的OPC技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)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(gè)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(shí)現(xiàn)對煤礦機(jī)電設(shè)備的遠(yuǎn)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(dú)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(diǎn)
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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這種傳輸方式的原理很簡單：一個(gè)站點(diǎn)要傳送數(shù)據(jù)時(shí)，它首先監(jiān)聽信道（載波偵聽），如果這時(shí)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(dāng)同時(shí)有多個(gè)站點(diǎn)偵聽到信道空閑并發(fā)出數(shù)據(jù)（多路訪問）時(shí)，就會發(fā)生沖突。為此，每個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)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(shí)間來等待沖突平息，接著再偵聽信道準(zhǔn)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(qiáng)、安裝連接簡單和使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。
1.2 0PC技術(shù)原理特點(diǎn)
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(yīng)商在硬件上做了一些小小改動，應(yīng)用程序就可能需要重寫。同時(shí)，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(shí)對這些設(shè)備進(jìn)行訪問以優(yōu)化操作。硬件供應(yīng)商也在嘗試解決這個(gè)問題，然而由于不同客戶有不同的需要，同時(shí)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(gè)問題得到了解決。OPC是OLE for Process Control的英文縮寫，即把OLE應(yīng)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(gè)中間件。OPC規(guī)范包括OPC服務(wù)器和OPC客戶兩個(gè)部分，其實(shí)質(zhì)是在硬件供應(yīng)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(yīng)商無需考慮應(yīng)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(shí)質(zhì)和操作過程。
OPC在應(yīng)用中的互聯(lián)模型如圖1所示。
2、礦井帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行原理
2.1系統(tǒng)運(yùn)行構(gòu)成
帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)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(jī)（1臺備用）組成，工控機(jī)上安裝的監(jiān)控軟件用于實(shí)現(xiàn)通過OPC與控制各段帶式輸送機(jī)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(jī)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(shí)間為0.3 s）。
(3)西門子以太網(wǎng)通信模塊CP343 -1，用于實(shí)現(xiàn)控制帶式輸送機(jī)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(yùn)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(shí)掛接任意多個(gè)OPC服務(wù)器，每個(gè)OPC服務(wù)器都被作為一個(gè)外部設(shè)備，可以進(jìn)行定義、增加或刪除。運(yùn)行程序時(shí)，組態(tài)王能夠分別和多個(gè)OPC服務(wù)器建立連接，自動完成和OPC服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換。
2.2.2 0PC服務(wù)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(jī)的監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)通信，如圖3為現(xiàn)場控制帶式輸送機(jī)的PLC系統(tǒng)的構(gòu)成，其CPU中相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)通過CP343 -1以太網(wǎng)通信模塊及時(shí)地在OPC服務(wù)器中顯示反映，從而實(shí)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(wù)器的連接
(1)建立OPC設(shè)備：當(dāng)OPC服務(wù)器和OPC基金會提供的相應(yīng)組件注冊安裝完畢后就可以進(jìn)行客戶程序和服務(wù)器的連接。
(2) OPC服務(wù)器中定義數(shù)據(jù)項(xiàng)：OPC服務(wù)器中需要定義與實(shí)際現(xiàn)場設(shè)備相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)項(xiàng)來代表某個(gè)現(xiàn)場信息。
(3) OPC服務(wù)器與組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典的連接：數(shù)據(jù)詞典時(shí)組態(tài)王軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，在TOUCH-VEW運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場的生產(chǎn)信息將實(shí)時(shí)地反映在變量當(dāng)中，因此需要將OPC服務(wù)器中的數(shù)據(jù)項(xiàng)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(shí)際運(yùn)行：當(dāng)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(jì)監(jiān)控界面，將變量以數(shù)字或?qū)崟r(shí)曲線、歷史曲線等方式顯示出來。
(5)系統(tǒng)部分監(jiān)控運(yùn)行界面簡介：①系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)行系統(tǒng)的主界面，運(yùn)行時(shí)3段帶式輸送機(jī)（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(yīng)的界面而進(jìn)行相應(yīng)的操作控制，從而實(shí)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(jī)的顯示界面，在該界面中可以實(shí)時(shí)的顯示各段帶式輸送機(jī)運(yùn)行的各種參數(shù)量，以便在集控調(diào)度室進(jìn)行監(jiān)視以及對現(xiàn)場反映的信息做出及時(shí)處理，以達(dá)到實(shí)時(shí)、可靠、快速的監(jiān)控效果；③帶式輸送機(jī)的控制界面，系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)的設(shè)定值（如運(yùn)人、運(yùn)煤、驗(yàn)繩、均轉(zhuǎn)矩、均轉(zhuǎn)速、自動、一手動等參數(shù)），而進(jìn)行相應(yīng)的控制量的操作，由于礦井帶式輸送機(jī)的運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜，特別是在運(yùn)煤的同時(shí)還涉及到運(yùn)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(jī)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(shí)施開車、緊急停車、正常停車等控制信號，發(fā)出的相應(yīng)控制信號發(fā)送給PLC，由PLC來執(zhí)行相應(yīng)的操作。
(6)帶式輸送機(jī)部分控制量原理簡介：就地或者遠(yuǎn)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(hù)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(hù)PLC，將全部輸入信號發(fā)送給上位機(jī)系統(tǒng)；②保護(hù)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(yù)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(yù)告按紐，電笛發(fā)出開車預(yù)告信號。1號、2號電機(jī)風(fēng)機(jī)、整流柜風(fēng)機(jī)、磁場柜風(fēng)機(jī)工作繼電器和接觸器得電而運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)磁場電壓建立，電機(jī)激磁很快達(dá)到額定電流。
正常開車?yán)^電器得電，其常開點(diǎn)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(jī)定子兩端建立起電壓。當(dāng)電樞電流達(dá)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(jī)的帶速達(dá)到0.2m/s時(shí)，低速繼電器得電，其常開點(diǎn)閉合保持正常開車?yán)^電器得電。至此，帶式輸送機(jī)啟動過程完畢，帶式輸送機(jī)進(jìn)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(shí)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(dāng)輸送機(jī)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(shí)鐘T2開始計(jì)時(shí)，其延時(shí)閉合的常開接點(diǎn)經(jīng)過延時(shí)使邏輯回路12閉合，為下次開車做準(zhǔn)備，系統(tǒng)停車完畢。
3、結(jié) 語
帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)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(yùn)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(jī)產(chǎn)品：
1、
刮板輸送機(jī)
2、
螺旋輸送機(jī)
3、
皮帶輸送機(jī)
