矿山输送监控系统设计分析 本文关键词：监控系统，输送，矿山，分析，设计
矿山输送监控系统设计分析 本文简介：摘要：以矿山生产中广泛应用的输送系统为例，通过对以HMI为特征的监控系统主站和从站的设计和关键设备的选型、系统硬件的搭接，完成了矿山输送监控系统的设计。关键词：矿山输送系统；在线监控；HMI随着电子行业的发展，人机界面功能越来越全面，显示屏清晰，能体现实际效果，并且界面设计有相应的软件，对硬件部分能
矿山输送监控系统设计分析 本文内容：
摘要：以矿山生产中广泛应用的输送系统为例，通过对以HMI为特征的监控系统主站和从站的设计和关键设备的选型、系统硬件的搭接，完成了矿山输送监控系统的设计。
关键词：矿山输送系统；在线监控；HMI
随着电子行业的发展，人机界面功能越来越全面，显示屏清晰，能体现实际效果，并且界面设计有相应的软件，对硬件部分能更好匹配，提高了系统稳定性，为系统通信提供更多的选择[1]。
1矿山输送监控系统的要求与设计
主站控制系统的设计，从主站的保证本质安全的PLC开始，到包括电源模块、上位机等其他硬件的选择必须能够在满足基本功能要求的基础上还应具有可扩展性，以保证给未来系统升级改造提供更多的可能。为实现控制系统的基本功能，需要具备界面显示、控制界面简便的要求，其次显示界面还应包括监控和动态分析功能，控制界面应具备有基本的按钮和指示灯。控制系统从站除应具备数据采集、分析和将结果发送到主站的功能外，还应具备自动控制和基本分区功能。在设计阶段为实现控制系统从站的系列功能,在选择传感器等硬件时尤其要关注所选元件的稳定性、可靠性。这些是直接关系到是否及时、准确核查设备故障的关键,甚至是关系到整个控制系统的监控性能。因此,需要格外注重传感器的选择，应该从它的稳定性、可靠性、电源要求、分辨率和其他方面综合考量。除传感器外，自定义控制柜有特殊要求，由于矿井存在压力，控制柜设计也是关键。最后，主站与从站之间的通信，RS485适用于多点到多点通信，通过数据可以连接多个工控设备，这些设备可以是具有相同的通信协议，不同的地址，而且通讯距离可达1000m；从计算机通信的特点、环境的复杂性以及通信抗干扰等方面要求，结合RS485的通信特性和系统长距离监控的特征，综合分析选用RS485作为主站和从站间的通讯方式。
2系统功能的实现
电气控制柜的设计是实现一个主控制装置信号传输的监控系统。控制柜内的硬件包括电源模块、可编程控制器、触摸屏等。根据系统的基本功能，初步设计除实现一些重要的关键指标外，需要合理设计控制柜面板，同时相应的指示灯应具备相应指示功能，其次系统需要具备基本的启动、手动、自动、运行显示、检修等常规操控和系统的启动、停止、复位、急停等系统操控功能。最后需要结合矿山生产特点具备显示系统常见的打滑、烟雾等故障的报警功能。结合系统本身的特点及外部环境因素、功能要求，设计为实现带式输送机监控系统的基础主要硬件包括KC02PLC作为控制核心、KPA24型电源模块作为系统元件动力单元、KC01-102T显示屏作为人机界面、KZX型保护装置等。以实现系统的编程、通讯，基本功能实现、调试和动态显示等功能，同时也是对从站硬件设计选型提供参照。结合图1主站系统硬件连接图为解决供电控制终端系统元器件设备布线问题，将完成主控制系统硬件的搭建。主站监控系统包含供电系统连接和可编程控制器输入输出连接两大部分。首先需要有正确的供电，电源供电分两部分。其中电源模块KPA12型电源模式电压220V实现监控功能齐全，为KC02可编程控制器和触摸屏提供DC24V电源和DC12V电源控制器满足元件动力需要。其次可编程控制器作为核心控制单元，一方面具备连接人机接口，一方面通信接口连接控制柜上的面板灯和按钮，需要合理配置和连接可编程控制器PLCI/O口为各个硬件设备正确连接，用于指定具有特定功能的I/O端口的控制柜按钮。该控制系统要正常运行还应考虑主站与从站之间的通信连接。可编程控制器C0M1与人机接口COM2通信采用RS485端口连接，完成主站关键部件连接。对于矿用人机界面，市面上有采用高速CPU，在数据处理和传输速度均有良好表现的上海日辰的MT系列产品为系统提供保障。国产的KC01系列具有工业人机界面的所有功能，符合矿山设备安全生产标准。不需要再另采取特殊措施就能够在布满粉尘、瓦斯的井下环境下正常工作[5]。结合矿山生产安全防爆、需要嵌入多种形式驱动、同多种工控设备配适等基本要求，选择KC01-102T触摸屏作为主站人机交互界面。以配合CAN总线通信接口，视频输入接口，以太网接口，符合产业化要求，使得系统具有较高的稳定性和可靠性。其安装尺寸和外观如图2所示。从站控系统硬件选择的设计直接影响到控制系统的稳定性和可靠性，甚至影响到整个机器监控系统输送带的稳定性。该电站位于环境恶劣的煤矿井下。在硬件方面，特别是对粉尘浓度、矿山压差等不利环境因素的影响。它还将考虑从站到主站之间的连接，从硬件到主参考硬件的连接。从站实现自动控制系统的要求，必须有控制器、传感器数据采集、保护装置、控制接口、控制按钮等，可以从站和主站实现通信，实现整个运输监控系统。结合图3从站硬件框图，站内硬件连接包括:从站PLC、触摸屏、传感器等，其和主站的连接模式和硬件连接非常相似,不同的是控制按钮更少,传感器的数目和种类更多。同时，其还具备同其他从站通讯的备用功能。由于大部分传感器需要DC24V电压，DC12V供电从站的电源模块主要是DC12V和DC24V，其他的传感器是无源传感器不需要供电。从站控制核心与人机界面的通讯与主站的相似，PLC的C0M1和人机界面COM2连接，且通信线路使用RS485端口连接。对于控制按键和从站指示、报警的传输I/O端口分配，需要按照相应元件具备的功能进行分配如表1。为了更好的显示功能和控制机控制系统，从主站显示没有掌握触摸屏的功能，完整，大小不应过高，但系统的组合一致性、兼容性和一般原则，根据主站选择界面选择KC01系列产品，从站同样选择KC01系列产品以在满足系统功能需求的同时，还缩短了时间的触屏功能;主、从无需中间转换之间无需转换，就很容易达成通信协议。图4是产品KC0-143T触摸屏前端和安装尺寸。
3系统的调试与应用
系统通过硬件连接检验合格后上电，写入控制程序和触摸屏程序。通过手动控制检验线路连接正确性。具体调试方式为首先对指示信号显示进行独立检测，并检测硬件、修改程序，对功能的稳定进行检验，完成硬件连接正确性检验。其次是检验主从站通讯情况是否正常、显示功能、主控功能、从站执行情况、信号采集情况等。完成调试后该系统在我矿实际生产的采煤过程中基本能够较好地自动控制带式输送机运送煤料，可靠完成基本功能。
4结语
结合矿山生产中井上集中监控的需要和井下生产环境的客观情况，从输送系统监控的一般功能需要出发，本文确立了主站和从站选型应在适应系统高湿度、高粉尘以及需要防爆的井下生产环境外还应具备基本的功能要求、能够适应自身特点的设计原则，并以主站人机界面采用KC01-102T和从站人机界面采用KC01-43T型产品为特征完成了主站和从站系统的设计和主要硬件的搭接，完成了本次设计。
参考文献
[1]赵玉文，李云海.带式输送机的现状与发展趋势[J].煤矿机械，2004（4）：1-3.
[2]刘建涛，乔燕国.基于以太网和CAN总线技术的矿井胶带运输监控系统[J].中国新技术新产品，2014，15（8）：56-58.
[3]唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京：机械工业出版社，2015.
[4]张彦亮.基于带式输送机的集散控制系统设计[D].石家庄：河北科技大学，2015.
[5]张宝明，陈光炎，徐永圻.中国煤矿高产高效技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001.
作者：杨晓斌 单位：霍州煤电集团霍源通新产业投资有限公司
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