【正文】 基于工業(yè)以太網(wǎng)的皮帶集控設(shè)計方案，可使電子商務(wù)與工業(yè)生產(chǎn)控制緊密結(jié)合，從而實現(xiàn)企業(yè)管控一體化。平煤集團(tuán)瑞平公司張村礦立足信息化大前提，在保證系統(tǒng)的先進(jìn)性、安全性、可靠性的同時，以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為通信平臺，利用PLC控制并輔以工業(yè)電視圖像監(jiān)視，實現(xiàn)了皮帶運輸系統(tǒng)的地面遠(yuǎn)程集中監(jiān)測監(jiān)控。設(shè) 備 層Intranet管理網(wǎng)絡(luò)（信息層）離散設(shè)備工業(yè)以太網(wǎng)過程設(shè)備控制層信息層圖1三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖（包括環(huán)型冗余技術(shù)、鏈路聚集技術(shù)等）、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)等最為先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能最大限度地保證煤礦數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性。其中智能接入分站/網(wǎng)關(guān)和工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是組建工業(yè)以太網(wǎng)的核心設(shè)備。結(jié)合最先進(jìn)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，張村煤礦綜合自動化基礎(chǔ)平臺采用圖1所示的設(shè)備層、工業(yè)以太冗余環(huán)網(wǎng)和Intranet管理網(wǎng)絡(luò)三層結(jié)構(gòu)模式。考慮到數(shù)據(jù)的可靠性和無擁塞傳輸，張村礦使用的隔爆交換機(jī)核心采用德國赫斯曼工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，井下主干網(wǎng)絡(luò)傳輸速率適應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)各智能監(jiān)測監(jiān)控分站與主干網(wǎng)的連接為10/100Mbps自適應(yīng)。同時，提供智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，可使井下原有的各種底層設(shè)備、信息化系統(tǒng)、現(xiàn)場總線等系統(tǒng)方便地接入主干網(wǎng)絡(luò)?；诘V用工業(yè)以太網(wǎng)的星型、環(huán)型、雙環(huán)冗余型等多種組網(wǎng)方式，可以根據(jù)礦井規(guī)模、對可靠性的需要選擇不同的關(guān)鍵設(shè)備和組網(wǎng)方式。結(jié)合張村煤礦實際情況，井下網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計為環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，地面交換機(jī)通過兩條鏈路耦合到井下主干網(wǎng)絡(luò)上，形成兩個相互連接的主干單環(huán)。抽風(fēng)機(jī)房及11KV站交換機(jī)使用掛接于主干網(wǎng)絡(luò)。該礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)包含地面放置的四個交換機(jī)和井下放置的五個交換機(jī)，利用光纖通信，形成以太冗余通信。皮帶集中控制系統(tǒng)架設(shè)于環(huán)網(wǎng)上，主要有集控地面原煤生產(chǎn)系統(tǒng)、主斜井運輸皮帶機(jī)、二煤運上皮帶、二煤轉(zhuǎn)載皮帶、二煤上倉皮帶、二煤給煤機(jī)。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2井上下皮帶集控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖第三章 皮帶集控自動化系統(tǒng)的組成部分 礦井皮帶運輸系統(tǒng)的控制要求由于運輸系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的大動脈，因此對系統(tǒng)的有很高的要求。 ，實時監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)和運行參數(shù)，并顯示數(shù)據(jù)曲線，對重要信息在硬盤記錄； ，三種方式可轉(zhuǎn)換。正常生產(chǎn)時，使用集控自動方式，設(shè)備按工藝要求的順序和流程由中央控制臺自動啟停；集控手動時，可在中央控制臺操作各設(shè)備，無閉鎖和聯(lián)動關(guān)系；就地時，在現(xiàn)場操作； ，預(yù)告30秒后，若現(xiàn)場均滿足集控自動啟動條件，設(shè)備按順序自動啟動。現(xiàn)場可用停車鈕停止啟動過程；，現(xiàn)場可隨時停車。若設(shè)備由集控啟動，控制系統(tǒng)接到現(xiàn)場停車停號后，可作急停處理，實施故障停車操作； 、跑偏保護(hù)、低速保護(hù)等，這些信號均接入集控系統(tǒng)，參加設(shè)備的緊急停車和閉鎖停車； ，并進(jìn)行聲光提示。一般故障只報警，現(xiàn)場非正常停車或嚴(yán)重故障時，故障設(shè)備及其上游設(shè)備緊急停車，下游設(shè)備順煤流延時閉鎖停車。 系統(tǒng)的組成部分皮帶集控自動化系統(tǒng)的主要組成部分：皮帶集中控制系統(tǒng)、就地控制、可編程PLC控制器、集成系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制、皮帶集控軟件系統(tǒng)。 井上下皮帶集中控制系統(tǒng)共分為兩期分期進(jìn)行：一期井上下皮帶集中控制系統(tǒng)；二期井上下皮帶集中控制系統(tǒng)。 一期井上下皮帶集中控制系統(tǒng) 張村礦二煤采區(qū)運輸皮帶有3條，綜采皮帶1條。其中，1條上運皮帶長度為660米，2臺315KW電機(jī)驅(qū)動；1條轉(zhuǎn)載皮帶17米，1臺30KW電機(jī)驅(qū)動；1條上倉皮帶314米，2臺75KW電機(jī)驅(qū)動；。手動開停，皮帶保護(hù)裝置簡單，沒有實現(xiàn)電控系統(tǒng) ，四煤采區(qū)有1條采面運輸皮帶長度為800米，采用37KW三電機(jī)驅(qū)動。沒有實現(xiàn)集中控制系統(tǒng)。地面生產(chǎn)包括主斜井皮帶運輸系統(tǒng)和篩分樓生產(chǎn)系統(tǒng)兩個部分，總共7條皮帶、一個振動篩和一個破碎機(jī)。主斜井皮帶：皮帶長為1250米，2臺450KW電機(jī)，皮帶機(jī)有拉繩、跑偏、打滑、縱撕等保護(hù)，上海普昱公司的電控系統(tǒng)，使用的是GE的PLC。篩分樓生產(chǎn)系統(tǒng)：共計6條皮帶，上倉皮帶長度為108米，55KW的電機(jī)，手選皮帶長26米，4KW電機(jī)，15KW電機(jī)（包括1臺液壓推桿犁煤器），二煤棧橋皮帶長100m，55KW電機(jī)，55KW電機(jī)，37KW電機(jī)，1臺振動篩，30KW，1臺破碎機(jī)，兩臺電機(jī)驅(qū)動，共30KW，4個儲煤倉，4臺液壓推桿犁煤器。沒有形成自動化控制系統(tǒng)，皮帶保護(hù)裝置簡單。1 系統(tǒng)組成井上下皮帶集中控制系統(tǒng)可以分為三部分：地面皮帶集控、井下皮帶集控以及銜接井上、下運輸任務(wù)的主斜井運輸皮帶集控。1)地面皮帶集控設(shè)置一個PLC控制柜作為地面控制主站，接入二次控制回路，實現(xiàn)皮帶的遠(yuǎn)程集中啟停，并相互閉鎖。同時，控制主站接收皮帶運行狀態(tài)傳感器信號，保證皮帶安全運行。每臺設(shè)備設(shè)置一個就地按鈕箱，安裝在皮帶機(jī)頭附近，按鈕箱上安裝轉(zhuǎn)換開關(guān)、啟動和停止按鈕。轉(zhuǎn)換開關(guān)可以選擇設(shè)備的控制方式——就地控制或集中控制。集中控制時，操作員在集控室通過工控機(jī)上的操作界面，使皮帶按照預(yù)定的流程啟停，可以實現(xiàn)分煤器和電動閘門的遠(yuǎn)程控制及狀態(tài)顯示。2)——四五煤采區(qū)控制主站、二煤變電所控制主站（帶一個控制分站）、二煤采區(qū)控制主站。這些主站分別連接至井下工業(yè)以太網(wǎng)，以實現(xiàn)與其他控制主站和集控室上位機(jī)的通信。通過信息交換，各控制主站能夠協(xié)同工作，實現(xiàn)皮帶間的按流程閉鎖運行。3)主斜井運輸皮帶現(xiàn)已有一套單獨的控制系統(tǒng)，已經(jīng)具備各種保護(hù)。在不改動原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，可以將這個單獨的系統(tǒng)作為一個控制單元，通過地面系統(tǒng)主站，給原系統(tǒng)操作臺提供開停命令，并將操作臺上可以利用的開關(guān)量保護(hù)信號接入到控制主站中，實現(xiàn)與井上下皮帶之間的閉鎖運行。4)井上、下控制主站通過工業(yè)以太網(wǎng)相互通信，交換數(shù)據(jù)。當(dāng)各設(shè)備保護(hù)動作時，集控室上位機(jī)可以實現(xiàn)語音報警。2 方案設(shè)計1)系統(tǒng)的設(shè)計方案是：以工業(yè)以太網(wǎng)為通信平臺，采用PLC控制主站 + PLC控制分站+人機(jī)界面的模式，實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的采集，處理和傳輸。系統(tǒng)主要由控制中心、傳輸網(wǎng)絡(luò)和井下控制器、井上控制器等組成。并在皮帶的機(jī)頭設(shè)置視頻監(jiān)控點，與皮帶集控系統(tǒng)相配合使用，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備的安全閉鎖開停。2)其中,低壓配電柜實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的安全供配電及就地控制；，地面控制主站采用S7 300系列PLC控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)能滿足各種傳感器數(shù)據(jù)采集的要求和現(xiàn)場設(shè)備的自動化控制，同時還具有功能強(qiáng)大的指令集和可靠的通訊功能；上位機(jī)操作站通過工業(yè)以太網(wǎng)接口與控制主站通信，以實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。3)PLC控制柜和低壓配電柜設(shè)置在煤樓一層，地面每條皮帶、振動篩、破碎機(jī)都安裝就地控制箱，可以就地控制設(shè)備的開停。操作員可以集中控制設(shè)備的開停，監(jiān)視設(shè)備的實際運轉(zhuǎn)情況，系統(tǒng)主要分為以下幾個部分： （1）人機(jī)界面操作平臺人機(jī)界面操作平臺設(shè)置在集控室，包括3臺上位機(jī)操作站。兩臺上位機(jī)用于設(shè)備監(jiān)控，一主一備；另外一臺用于視頻監(jiān)控，分畫面顯示來自調(diào)度室的網(wǎng)絡(luò)視頻信號。主控臺設(shè)置打點、急停等按鈕。，并根據(jù)現(xiàn)場具體情況進(jìn)行二次開發(fā)，制作出友好的人機(jī)操作界面。操作平臺通過工業(yè)以太網(wǎng)與控制主站通信。（2）地面煤樓供配電系統(tǒng)供配電系統(tǒng)是地面設(shè)備集中控制的基礎(chǔ)。一次配電網(wǎng)絡(luò)為現(xiàn)場各設(shè)備提供安全可靠的動力電源；二次配電網(wǎng)絡(luò)通過接入設(shè)備保護(hù)，設(shè)置設(shè)備間閉鎖，實現(xiàn)設(shè)備的就地控制，同時為PLC集控系統(tǒng)提供傳感器反饋點，并接收PLC控制信號，以實現(xiàn)自動控制。（3）地面控制主站地面控制主站由西門子S7 300系列CPU、以太網(wǎng)模塊、I/O模塊等組成。現(xiàn)場傳感器信號通過I/O模塊傳輸至CPU，通過CPU進(jìn)行邏輯運算和數(shù)據(jù)處理，最終輸出安全準(zhǔn)確的控制信號。通過編寫CPU內(nèi)部程序，實現(xiàn)了系統(tǒng)的閉鎖保護(hù)、按流程順序啟停。地面控制主站通過以太網(wǎng)模塊接入工業(yè)以太網(wǎng)。（4）井下防爆控制主站，實時采集相關(guān)設(shè)備的傳感器信號，并通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位機(jī)通信，實現(xiàn)傳感器信號在上位機(jī)上的實時顯示，保證上位機(jī)發(fā)出的控制信號及時準(zhǔn)確的到達(dá)控制設(shè)備。通過與其他控制主站通信，實現(xiàn)設(shè)備間的閉鎖控制。井上下皮帶集控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如下圖：圖3井上下皮帶集控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖3 皮帶機(jī)集控系統(tǒng)配置，包括防爆箱、機(jī)架、電源模塊、CPU模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、通信模塊、UPS電源及其它附件。用于對CST及其它啟動設(shè)備的控制、接收皮帶沿線傳感器的信號，進(jìn)而完成對皮帶機(jī)的控制。放置在機(jī)頭的硐室內(nèi)。采用CP3431