1、概述
    在大型煤礦中，煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)多采用膠帶運(yùn)輸，因此，高效、安全和可靠的膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)，對(duì)提高煤炭生產(chǎn)效率和改善礦井的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有很大的影響。若發(fā)生故障，將使其它工作地點(diǎn)的作業(yè)陷入停頓，甚至?xí)��?dǎo)致全礦停產(chǎn)。因此，膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行的好壞直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)能否正常進(jìn)行。
    目前，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)( FCS)已在現(xiàn)場(chǎng)成熟應(yīng)用，解決了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備眾多、類型繁雜不利于系統(tǒng)集成的問題。煤礦井下帶運(yùn)輸系統(tǒng)具有線路長、設(shè)備多、控制分散的特點(diǎn)，這正是FCS系統(tǒng)解決問題的優(yōu)勢(shì)。為此，我們研制開發(fā)了一套利用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)整個(gè)煤流的監(jiān)控系統(tǒng)。在底層，利用復(fù)雜可編程邏輯器件( CPLD)和單片機(jī)開發(fā)了帶機(jī)全線多功能信控裝置作為現(xiàn)場(chǎng)分站，采集各設(shè)備信號(hào)及發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)多功能保護(hù)和信號(hào)傳遞、控制。該系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，極大地解決了皮帶系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)操作信息不暢的問題，提高了設(shè)備運(yùn)行安全。
2、膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)分析
    膠帶輸送機(jī)由皮帶、機(jī)架、驅(qū)動(dòng)滾筒、改向滾筒、承載托輥、回程托輥、張緊裝置、清
    掃器等組成。帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置由單個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒驅(qū)動(dòng)。和其它系統(tǒng)相比，帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有其特點(diǎn)，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制系統(tǒng)分散，運(yùn)行環(huán)境惡劣，主要表現(xiàn)在
    (1)運(yùn)輸線路長；
    (2)運(yùn)輸設(shè)備種類多；
    (3)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多；
    (4)控制點(diǎn)較分散；
    (5)設(shè)備關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，啟動(dòng)和停止時(shí)都要嚴(yán)格按照一定的時(shí)間和次序；
3、系統(tǒng)組成
    膠帶輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了運(yùn)輸設(shè)備的控制是一個(gè)復(fù)雜的過程。本系統(tǒng)根據(jù)煤礦井下膠帶輸送機(jī)群的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)中帶式輸送機(jī)的電氣保護(hù)和控制裝置主要有：膠帶機(jī)全線多功能信控裝置、拉繩開關(guān)、跑偏檢測(cè)開關(guān)、打滑檢測(cè)、防撕裂檢測(cè)、料位檢測(cè)、堵料檢測(cè)、皮帶秤等。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備分布廣、距離遠(yuǎn)，實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn)，特別是為了以后可直接接入全礦自動(dòng)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，我們選用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線來構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。每條膠帶或膠帶附屬設(shè)備使用一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)控制分站進(jìn)行相對(duì)獨(dú)立的測(cè)控，所有現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)直接進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)控制分站，由控制分站再將信號(hào)匯集到上位計(jì)算機(jī)中，控制信號(hào)通過現(xiàn)場(chǎng)的電氣控制柜驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)膠帶運(yùn)輸線上的各種電氣設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)中所有控制分站通過CAN總線與地面上的主控計(jì)算機(jī)連接，主控計(jì)算機(jī)可以對(duì)整條膠帶運(yùn)輸線進(jìn)行監(jiān)控管理。上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件互為復(fù)核。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可為每一條膠帶或者按需要分配給一個(gè)分站，用多功能信控裝置完成分站的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集和控制指令的下達(dá)。運(yùn)輸系統(tǒng)全線按需要安裝各種傳感器，對(duì)膠帶跑偏、打滑、煙霧、超溫、堆煤、張力超限等故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)信息由主控芯片分析處理，出現(xiàn)故障時(shí)立即做出相應(yīng)。采用CAN總線，可將多達(dá)99臺(tái)信控裝置納入網(wǎng)絡(luò)中。
4、膠帶機(jī)控制裝置設(shè)計(jì)
    帶式輸送機(jī)控制裝置是專門為井下帶式輸送機(jī)開發(fā)的一種多功能保護(hù)和信號(hào)傳遞、控制裝置。在帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中若出現(xiàn)皮帶跑偏、帶速過高或過低、張力過大或過小、皮帶撕裂、堆煤、煙霧、溫度過高、人工急停等情況時(shí)，該裝置自動(dòng)切斷電源使其停止運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)保護(hù)，輸送機(jī)運(yùn)行過程中，在運(yùn)輸膠帶沿線（一般是幾百米至一千多米長），都可以聽到語音提示。緊急情況下，可在沿線實(shí)現(xiàn)人工急停，也可以通過裝置自帶的語音對(duì)話功能與沿線其它操作點(diǎn)進(jìn)行通話。
4.1裝置的技術(shù)特點(diǎn)
    (1)采用隔爆兼本質(zhì)安全設(shè)計(jì)，適用于含有瓦斯及燃爆性氣體環(huán)境；
    (2)不僅可以對(duì)帶式輸送機(jī)提供跑偏／急停／打滑／超速／溫度／煙霧／撕裂等保護(hù)，還可以對(duì)皮帶張力進(jìn)行檢測(cè)，超限時(shí)提供保護(hù)；
    (3)采用漢字液晶顯示器，全部操作由漢字提示，直觀反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況和操作指令類型；
    (4)使用數(shù)字語音合成技術(shù)，用語音的方式將播放膠帶運(yùn)行狀態(tài)，并在皮帶沿線循環(huán)播放，操作人員可通過語音掌握膠帶運(yùn)行實(shí)時(shí)狀況；
    (5)當(dāng)產(chǎn)生急�；蚬收媳Ｗo(hù)時(shí)，真人發(fā)聲語音提示出幾號(hào)膠帶機(jī)急�；蚬收显O(shè)備位置，幫助操作員進(jìn)行有針對(duì)性的處理。
4.2控制裝置硬件設(shè)計(jì)
    控制裝置主體由CPLD主處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、語音報(bào)警模塊，液晶顯示模塊等組成。主處理模塊部分電路如圖3所示。整個(gè)裝置以數(shù)字電路為核心，形成具有打點(diǎn)、通信、急停、聲光語言報(bào)警于一體的多功能控制設(shè)備。
    圖4為控制裝置安裝圖，整個(gè)裝置由隔爆腔和本安腔作外殼，滿足井下環(huán)境使用。裝置配由專用電源模塊供電，供電電壓127V或36V，每臺(tái)裝置配一部電鈴，按下裝置操作面板上的“打點(diǎn)”按鈕，本機(jī)打點(diǎn)指示黃燈閃亮，喇叭發(fā)出“滴滴……”的聲音，同時(shí)電鈴也發(fā)出聲響，且將打點(diǎn)信號(hào)傳到外線（信號(hào)線）上；按下“通話”按鈕，對(duì)話筒講話，本機(jī)喇叭發(fā)出微弱的聲音，同時(shí)將語音傳到外線（信號(hào)線）上。其它臺(tái)可以聽到本臺(tái)的傳話，松開通話按鈕，可以聽到其它臺(tái)的傳話；按下“急停”按鈕，本機(jī)急停指示紅燈亮，并通過急停線將急停信號(hào)（本安無源接點(diǎn)）傳送到其它被控設(shè)備，同時(shí)發(fā)出設(shè)定好的語言報(bào)警聲音，報(bào)出故障位置。
    故障報(bào)警工作過程是通過接口將現(xiàn)場(chǎng)各種傳感器信號(hào)采集進(jìn)控制裝置內(nèi)部，先由A/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，進(jìn)入主處理模塊，和程序預(yù)置值進(jìn)行比較，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，立即驅(qū)動(dòng)故障處理模塊和語音模塊，將當(dāng)前故障信息播放到膠帶沿線，并將故障顯示在液晶顯示屏上，當(dāng)嚴(yán)重故障發(fā)生時(shí)，整個(gè)膠帶系統(tǒng)依順煤流原則停機(jī)。待檢修完畢初始化無誤時(shí)再次正常開機(jī)。
4.3控制軟件設(shè)計(jì)
    控制裝置的核心是CPLD芯片，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理及刷新輸出均由其控制，程序主要包括現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集、顯示刷新、控制運(yùn)算、控制輸出、報(bào)警、通訊處理等。主程序流程見圖5。本裝置最大的特點(diǎn)是語音提示，由于對(duì)語音處理功能提出較高的要求，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行的各種狀況都和語音輸出聯(lián)系起來，在全線語音廣播。同時(shí)，控制裝置采集到的所有信息可上傳至地面，上位計(jì)算機(jī)通過組態(tài)軟件MCGS，實(shí)時(shí)畫面顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀況。
5、結(jié)論
    通過對(duì)整個(gè)膠帶系統(tǒng)各部分?jǐn)?shù)據(jù)連接及通訊技術(shù)的合理綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了更為先進(jìn)、復(fù)雜的監(jiān)控管理功能，這使一些原來不能用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的傳統(tǒng)生產(chǎn)管理方式，以新的形式在自動(dòng)化控制領(lǐng)域得到應(yīng)用，使生產(chǎn)管理水平得到很大的提高，同時(shí)，為企業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式的改進(jìn)提供了新的手段和方式。本系統(tǒng)通過開控制裝置，使分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備易于組成監(jiān)控系統(tǒng)，既滿足了全系統(tǒng)運(yùn)行，又可以靈活控制單一膠帶運(yùn)行。設(shè)備運(yùn)行的各種狀況通過語音在全線播放，實(shí)現(xiàn)信息暢通，避免了因信息不對(duì)稱造成安全事故。
  該系統(tǒng)已在平煤集團(tuán)多個(gè)礦井原煤輸送系統(tǒng)中推廣應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，受到了好評(píng)。