專利名稱：煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及煤礦井下控制系統領域，具體為一種煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統。
背景技術：
對于煤礦綜掘作業線一般擁有以下設備巖巷掘進機、除塵風機、多級皮帶機，但各種機械設備之間的操作與控制是相互獨立的，在施工中通常會存在許多問題。首先，掘進機與除塵風機之間的協調控制存在問題。當在掘進機運行時，除塵風機沒有同步聯動控制，必須手動開啟，使工作面的粉塵不能即時排除，嚴重影響工人身體健康。在掘進機停止運行時，除塵風機不能通過適當的延時自動停止工作，除塵器噴霧水將造成工作面積水、影響施工環境和施工安全，除塵風機空運轉也造成電能的浪費。除塵風機每次開關要人工開關水閥門和觀察水流量，不及時開水或水量過小都會影響除塵效果，如不及時關閉水源，會使作業面漫水。除塵風機無水流量或水壓力檢測開關，不能保證足夠除塵水量，影響除塵效果。其次，在掘進機與皮帶機之間的協調控制存在問題。掘進機的刮板機與皮帶機啟停之間無法實現合理的銜接控制。多級皮帶機的啟動與停止控制通常需要人工多步驟或多人來完成，而現場施工人員一般是一人多任務，在其中某個環節開機不及時，就會造成矸石堆積；關機不及時，導致皮帶機長期空運轉，造成膠帶、托輥、滾筒等不必要的機械磨損，因而導致安全威脅，能源浪費、增加維修量。各級皮帶停機配合不恰當，矸石滯留在皮帶上，造成皮帶機啟動困難、皮帶打滑、電機過負荷等故障。各級皮帶機在啟動之前和運行中，缺乏聲光信號警示和工作狀態指示，缺少直觀的視頻監視。掘進機與皮帶機之間的距離很長，沿線沒有監測監控設備，掘進機司機無法了解皮帶機沿線的運行情況，不能即時發現皮帶機的故障，可能造成盲目開機，產生安全隱患。
發明內容
本發明的目的是提供一種煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統，以解決煤礦井下掘進機、除塵風機、皮帶機之間無法有效實現聯動控制的問題。為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為
煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統，其特征在于在掘進機上設置有主控PLC，在各級皮帶機上分別設置有分控PLC，所述主控PLC與各級皮帶機上的分控PLC 通過現場總線通訊連接，主控PLC與除塵風機的供水電磁閥、風機啟動開關、風機水量監測開關分別電連接，主控PLC還與掘進機的控制電路電連接，所述主控PLC控制除塵風機供水電磁閥通斷、風機啟動開關啟停、風機水量監測開關啟停，以及掘進機的啟停，主控PLC還通過現場總線與各個分控PLC通訊；各級皮帶機上分別設置有聲光預警電路、多種傳感器， 各級皮帶機上的傳感器、聲光預警電路分別接入各級皮帶機各自對應的分控PLC中，且各級皮帶機的控制開關亦接入各級皮帶機各自對應的分控PLC中，所述分控PLC接收各自對應的皮帶機上傳感器的輸出信號，以控制各自對應的皮帶機的控制開關的啟停、聲光預警電路預警，并將皮帶機上傳感器的監測數據傳輸至主控PLC。所述的煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統，其特征在于所述主控PLC、各個分控PLC中分別設置有控制程序模塊。所述主控PLC中的控制程序模塊按設定的啟動程序和延時時間啟停掘進機，以及除塵風機的供水電磁閥、風機啟動開關、風機水量監測開關；所述分控PLC中的控制程序模塊按設定的啟動程序和延時時間啟停對應的皮帶機及實現皮帶機保護功能。所述的煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統，其特征在于所述主控PLC上還接入有鍵盤，通過鍵盤對主控PLC中控制程序模塊設定參數，所述主控PLC將設定的參數傳輸至各個分控PLC中，各個分控PLC的控制程序模塊根據所述參數控制皮帶機的延時啟停，以及執行延時啟停動作的皮帶機的條數。所述的煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統，其特征在于所述主控PLC、各個分控PLC分別采用隔爆兼本質安全型PLC。所述的煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統，其特征在于所述各級皮帶機上設置的傳感器有堆煤傳感器、紅外傳感器、溫度傳感器、速度傳感器、煙霧傳感器、急停傳感器。所述的煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統，其特征在于所述各級皮帶機上分別設置有接入各級皮帶機各自分控PLC中的LED顯示屏，所述分控PLC通過 LED顯示屏來顯示預警信息。本發明實現了井下掘進機與除塵風機、皮帶機之間的聯動控制，采用隔爆兼本質安全型PLC控制技術、工業現場總線控制技術、監測監控技術等，達到采掘工作面的自動聯動控制。使施工現場不同設備原來由多人(6 10人)手工完成的操作，可由掘進機司機一人操作完成，使掘進機與除塵風機、皮帶機之間的啟停控制更加科學合理、安生可靠，提高了設備運行的自動化程度，達到減人增效、安全有序生產的目的。
圖1為本發明系統原理框圖。圖2為本發明主控PLC原理控制圖。圖3為本發明分控PLC原理控制圖。
具體實施例方式如圖1、圖2、圖3所示。煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統，在掘進機上設置有主控PLC，在各級皮帶機上分別設置有分控PLC，主控PLC與各級皮帶機上的分控PLC通過現場總線通訊連接，主控PLC與除塵分機的供水電磁閥、風機啟動開關、風機水量監測開關分別電連接，主控PLC還與掘進機的控制電路電連接，主控PLC控制除塵風機供水電磁閥通斷、風機啟動開關啟停、風機水量監測開關啟停，以及掘進機的啟停，主控PLC 還通過現場總線與各個分控PLC通訊；各級皮帶機上分別設置有聲光預警電路、多種傳感器，各級皮帶機上的傳感器、聲光預警電路分別接入各級皮帶機各自對應的分控PLC中，且各級皮帶機的控制開關亦接入各級皮帶機各自對應的分控PLC中，分控PLC接收各自對應的皮帶機上傳感器的輸出信號，以控制各自對應的皮帶機的控制開關的啟停、聲光預警電路預警，并將皮帶機上傳感器的監測數據傳輸至主控PLC。本發明中，主控PLC、各個分控PLC中分別設置有控制程序模塊，主控PLC中的控制程序模塊按設定的啟動程序和延時時間啟停掘進機，以及除塵風機的供水電磁閥、風機啟動開關、風機水量監測開關；分控PLC中的控制程序模塊按設定的啟動程序和延時時間啟停對應的皮帶機。本發明中，主控PLC上還接入有鍵盤，通過鍵盤對主控PLC中控制程序模塊設定參數，主控PLC將設定的參數傳輸至各個分控PLC中，各個分控PLC的控制程序模塊根據所述參數控制皮帶機的延時啟停，以及執行延時啟停動作的皮帶機的條數。本發明中，主控PLC、各個分控PLC分別采用隔爆兼本質安全型PLC。本發明中，各級皮帶機上設置的傳感器有堆煤傳感器、紅外傳感器、溫度傳感器、 速度傳感器、煙霧傳感器、急停傳感器。 本發明中，各級皮帶機上分別設置有接入各級皮帶機各自分控PLC中的LED顯示屏，分控PLC通過LED顯示屏顯示預警信息。本發明采用隔爆兼本安型PLC控制器對掘進機、除塵風機、皮帶機進行聯動控制。 隔爆兼本安型PLC控制器為自我研制，采用模塊化設計，擴展方便，功能強大；其DI/D0點數可擴展至80點；具有脈沖頻率測量、脈沖周期測量、脈沖寬度測量功能；PWM高速輸出、頻率型模擬量采集、語音信息報警、輸入斷線判斷等多種模塊；通訊為標準的M0DBUS-RTU或 M0DBUS-TCP通訊協議，通訊距離遠、網絡節點多、抗干擾能力強。當掘進機開啟時，主控PLC開啟電磁閥向除塵風機供水，同時，PLC采集壓力(流量)傳感器，當供水壓力(流量)達到要求值時，PLC延時15秒開啟除塵風機；當供水壓力(流量)達不到要求值時，進行報警指示。當掘進機停止截割時，PLC延時4分鐘關閉除塵風機，同時PLC延時5分鐘關閉除塵風機供水電磁閥。為保證掘進時矸石及時運出，并使皮帶機可靠工作和節能運行，本發明重點解決它們之間的聯動閉鎖，采用多個PLC組成主從控制系統，在掘進機上有一個主控PLC，各級皮帶機控制及保護各設一臺分控PLC，采用現場總線通信方式進行信息交換。掘進機與皮帶機聯動控制方案采用時間邏輯控制。掘進機司機在觀察主控PLC顯示器及皮帶周圍無異常情況后按動啟動按鈕，此時語音警告、文字LED警示屏、警示燈同時發出預警信號，延時15秒后主控PLC發出開啟第一條皮帶，然后依次延時自動開啟后級皮帶，保證各條皮帶機的聯動控制。當掘進機停止出矸石時，掘進機司機按動停止按鈕關閉刮板機或后續皮帶，延時4分鐘后自動關閉第三條皮帶，第三條皮帶關閉4分鐘后自動關閉第二條皮帶，第二條皮帶關閉4分鐘后自動關閉語音、文字LED警示屏和關閉第一條皮帶，避免皮帶機上積壓矸石。皮帶機保護報警與PLC級聯通信方案。各條皮帶機增加基于分控PLC的皮帶機保護系統，包括堆煤、速度、跑偏、溫度、煙霧等保護功能。各保護傳感器的信號進入分控PLC， 分控PLC根據主控站的指令工作及皮帶機保護要求，任何一個傳感器發出保護信號，將停止本級皮帶機工作，同時告知主控PLC，讓主控PLC發出停止命令，停止掘進機和發生故障皮帶機之間聯動設備，而故障點后方皮帶機的工作狀態，將按照掘進機停止出矸石時的控制流程完成保護停機，各皮帶機的故障狀態通過現場總線傳送給主控PLC，操作人員通過指示及時了解故障原因，做到盡快進行維護，使整個系統實現安全、高效運行。為了保證從掘進機到各級皮帶機之間通信的實時性和快速性，主控PLC和分控 PLC之間采用現場總線通信方式，每個分控PLC將單個傳感器的信息收集，通過工業現場總線將信息傳輸到總站處。同時，在掘進機處和各皮帶的機頭都安裝有礦用LED漢字顯示屏、 聲光語音報警器。在皮帶機符合啟動或停車條件時，在掘進機處的LED漢字顯示屏顯示“允許啟動皮帶機”的提示語。如果不滿足啟動或停車條件，由LED漢字顯示屏顯示“皮帶機不滿足啟動條件，請停機檢查”的提示語，同時聲光報警，提醒工作人員查找原因。本發明采用礦用隔爆兼本安型PLC控制器，具備Exd [ib] I防爆標志，是集先進的電子技術、自動控制技術、通訊技術、防爆技術于一體的新一代礦用控制器。該控制器適用于煤礦井下有瓦斯和煤塵爆炸的危險環境中，也可工作于冶金礦山、露天煤礦、港口碼頭、 選煤廠、發電廠等惡劣環境。具有強大的控制能力、豐富的按鍵操作、液晶屏漢字顯示、語音報警、本安接口等特點，能實現各種場合中皮帶機的控制、監測及自動化。能升級換代現有各種皮帶機綜合保護裝置。該控制器不僅可以完成單機設備控制，還可以組網形式組成系統，實現分布分級式遠程監控和管理。隔爆兼本安型PLC供電電源電壓為AC127V/AC36V，電源電壓波動范圍為額定電壓的75% 110%，功率不大于40W。本安參數為^=0(:127,^=9301^,(^=51^1^=211^外形尺寸445mmX415mmX 165mm ；重量小于 16kg。隔爆兼本安型PLC分為本安腔和隔爆腔兩大部分，通過多芯電纜連接。上部為本安腔，內部安裝有礦用本安型PLC、接線端子、線槽等；兩側共有10個喇叭口用于連接本安信號；本安腔面板上嵌入有語音報警用的揚聲器與人機對話的LCD顯示器。隔爆腔內有本安電源、大功率繼電器與非安型開關量輸入接口等。控制器使用本安型模塊化PLC為控制核心，易于組合，易于擴展。綜掘機、除塵風機、皮帶機一體化控制聯動系統可安裝在井下掘進巷道內。主控 PLC安裝在掘進機的司機操作臺前，對分控PLC進行監控和通信，可以發出控制信號啟動或停止分控PLC。并控制除塵風機的啟停，當有截割信號輸入或按下除塵按鈕則啟動水閥，當水壓達到一定值時，延時15秒啟動風機。分控PLC安裝在皮帶機機頭部，配有礦用LED漢字顯示屏，皮帶機沿線每隔100米安裝急停開關及聲光語音報警器。分控PLC外接各種皮帶機保護監測傳感器。各傳感器安裝位置為堆煤傳感器安裝在皮帶機頭；跑偏傳感器在皮帶的頭部、尾部和中間各一對；煙霧傳感器安裝在機頭上方；緊急停車開關為沿線安裝； 溫度傳感器安裝在主滾筒上；速度傳感器安裝在主滾筒上或皮帶下方。本發明掘進機與除塵風機的聯動控制過程如下當掘進機司機按下主控PLC啟動鍵Fl后，主控PLC開啟電磁閥向除塵風機供水，同時，主控PLC采集壓力傳感器，當供水壓力達到要求值時，PLC延時15秒開啟除塵風機，當供水壓力達不到要求值時，主控PLC及時顯示并拒絕開啟風機；當掘進機司機停止掘進機截割部時，PLC延時4分鐘關閉除塵風機， 同時PLC延時5分鐘關閉除塵風機供水電磁閥；除塵風機能夠按照要求合理開停，水閥、水壓、風機三者的工作及停止配合科學合理，保證了除塵風機的使用效果及使用壽命，尤其對除塵風機的核心部件濕式正弦網的保護是人工很難做到的。本發明掘進機與皮帶機的聯動控制過程如下掘進機司機在觀測主控PLC顯示器及皮帶機準予啟動情況后按動Fl啟動按鈕，語音警告發出啟動預警、文字LED警示屏發出 “皮帶機即將啟動，請注意安全”警示，警示燈閃爍。在無故障情況下，延時15秒后主控PLC 發出開啟第一條皮帶機的指令給分控PLC，第一條皮帶機啟動運行，并按順序啟動后級皮帶機。掘進機停止出矸石時，司機按動停止按鈕F2，延時幾分鐘后自動按逆順序停止皮帶機。 皮帶機關閉4分鐘后自動關閉語音、文字LED警示屏。 本發明皮帶機保護報警與PLC級聯通信過程如下皮帶機保護傳感器信號輸入到分控PLC，皮帶機開啟與停止前皮帶機頭裝設有LED顯示條屏，具有語音及文字警示功能， 皮帶機沿途有聲光警示燈警示。皮帶機與掘進機的二運皮帶能夠實現了逆煤流啟動與停車，也可以單臺啟動與停車。不使用分控PLC控制皮帶機時，可將該分控PLC設置為離線狀態。遇緊急情況從皮帶機頭至掘進機安裝有急停開關可以保證皮帶機的緊急停車，皮帶機頭的分控PLC的F3按鈕及皮帶機停止按鈕均可以及時停車，確保系統的安全。主控PLC與分控PLC之間的通信迅速，安全可靠，未出現過通信錯誤和拒動的情況。
權利要求
1.煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統，其特征在于在掘進機上設置有主控PLC，在各級皮帶機上分別設置有分控PLC，所述主控PLC與各級皮帶機上的分控PLC 通過現場總線通訊連接，主控PLC與除塵風機的供水電磁閥、風機啟動開關、風機水量監測開關分別電連接，主控PLC還與掘進機的控制電路電連接，所述主控PLC控制除塵風機供水電磁閥通斷、風機啟動開關啟停、風機水量監測開關啟停，以及掘進機的啟停，主控PLC還通過現場總線與各個分控PLC通訊；各級皮帶機上分別設置有聲光預警電路、多種傳感器， 各級皮帶機上的傳感器、聲光預警電路分別接入各級皮帶機各自對應的分控PLC中，且各級皮帶機的控制開關亦接入各級皮帶機各自對應的分控PLC中，所述分控PLC接收各自對應的皮帶機上傳感器的輸出信號，以控制各自對應的皮帶機的控制開關的啟停、聲光預警電路預警，并將皮帶機上傳感器的監測數據傳輸至主控PLC。
2.根據權利要求1所述的煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統，其特征在于所述主控PLC、各個分控PLC中分別設置有控制程序模塊，3.所述主控PLC中的控制程序模塊按設定的啟動程序和延時時間啟停掘進機，以及除塵風機的供水電磁閥、風機啟動開關、風機水量監測開關；所述分控PLC中的控制程序模塊按設定的啟動程序和延時時間啟停對應的皮帶機及實現皮帶機保護功能。
3.根據權利要求1所述的煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統，其特征在于所述主控PLC上還接入有鍵盤，通過鍵盤對主控PLC中控制程序模塊設定參數，所述主控PLC將設定的參數傳輸至各個分控PLC中，各個分控PLC的控制程序模塊根據所述參數控制皮帶機的延時啟停，以及執行延時啟停動作的皮帶機的條數。
4.根據權利要求1所述的煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統，其特征在于所述主控PLC、各個分控PLC分別采用隔爆兼本質安全型PLC。
5.根據權利要求1所述的煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統，其特征在于所述各級皮帶機上設置的傳感器有堆煤傳感器、紅外傳感器、溫度傳感器、速度傳感器、煙霧傳感器、急停傳感器。
6.根據權利要求1所述的煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統，其特征在于所述各級皮帶機上分別設置有接入各級皮帶機各自分控PLC中的LED顯示屏，所述分控PLC通過LED顯示屏來顯示預警信息。
全文摘要
本發明公開了一種煤礦掘進機、皮帶機、除塵風機的自動聯動控制系統，在掘進機上設置有主控PLC，在各級皮帶機上分別設置有分控PLC，主控PLC控制除塵風機供水電磁閥通斷、風機啟動開關啟停、風機水量監測開關啟停，以及掘進機的啟停，主控PLC還通過現場總線與各個分控PLC通訊，分控PLC接收各自對應的皮帶機上傳感器的輸出信號，以控制各自對應的皮帶機的控制開關的啟停、聲光預警電路預警，并將皮帶機上傳感器的監測數據傳輸至主控PLC。本發明使掘進機與除塵風機、皮帶機之間的啟停控制更加科學合理、安全高效，保證了煤礦井下的安全生產。
文檔編號G05B19/418GK102354173SQ20111020939
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月25日 優先權日2011年7月25日
發明者伍保華, 佘武壽, 唐玉平, 宋德利, 方恩才, 歐陽名山, 祝龍記, 芮存山 申請人:安徽理工大學, 淮南礦業(集團)有限責任公司礦業工程分公司