一種智能皮帶運輸通信控制系統的制作方法

本發明涉及礦山自動化工程領域中的煤礦井下皮帶運輸監測控制系統技術領域，尤其涉及一種智能皮帶運輸通信控制系統。

背景技術：

帶式輸送機是煤礦生產中非常重要的運輸設備，它能否安全高效地運行，直接決定著煤礦生產的產量和效率。老式帶式輸送機控制系統一般由單條皮帶獨立控制開停，系統分散，控制的靈活性差，且各皮帶的配置差異較大，操作人員較多，勞動強度大，運行效率低，且易引起操作失誤，造成設備損壞，甚至人員傷亡，給煤礦帶來重大的損失。因此實現帶式輸送機的遠程集中控制和信息化管理就顯得尤為重要。

技術實現要素：

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種智能皮帶運輸通信控制系統。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種智能皮帶運輸通信控制系統，包括有井下主控機、本安彩色觸摸屏單元、多種皮帶保護模塊傳感器和地面中心計算機，所述的多種皮帶保護模塊傳感器采用總線接口分別電連接在井下主控機上，井下主控機與地面中心計算機和本安彩色觸摸屏單元通訊連接。

所述的井下主控機是由plc外接pb-b-modbus總線橋、以太網模塊、can總線接口電路、語音報警保護電路、信號數據顯示輸出電路、多個開關量控制輸入、輸出電路、觸摸屏rs485接口和存儲器接口構成的，信號數據顯示輸出電路與本安彩色觸摸屏單元連接，井下主控機通過以太網模塊與地面中心計算機通訊連接。

所述的多種皮帶保護模塊傳感器由依次串聯的信號輸入電路、信號取樣放大電路、信號濾波電路、嵌入式單片機信號處理和控制輸出電路、can總線接口組成，多種皮帶保護模塊傳感器通過can總線接口與井下主控機連接，另外該單元還有顯示及地址設置功能。

多種皮帶保護模塊傳感器接入各自對應的模塊化傳感器接口，多種皮帶保護模塊傳感器采集到的信號依次經過信號輸入電路、信號取樣放大電路、信號濾波電路及嵌入式單片機信號處理和控制輸出電路，通過4線式can總線接口傳送至井下主控機及本安彩色納米觸摸屏,多種皮帶保護模塊傳感器采集的信號信息通過信號數據顯示輸出電路處理后，經過本安彩色納米觸摸屏把皮帶保護參數和畫面動態顯示出來，所述的井下主控機通過plc外接的以太網模塊接口將皮帶保護參數與控制信號傳送至地面監控中心分析，實現地面對煤礦井下皮帶運輸系統遠程自動化監測、控制，數據的遠程動態監測功能。

所述的井下主控機采用的西門子s7-300系列plc。

所述的井下主控機采用獨立的防爆裝置，殼體采用隔爆兼本安裝置，以實現觸摸彩屏顯示技術及語言聲訊報警輸出。

所述的多種皮帶保護模塊傳感器包括有堆煤傳感器、沿線急停傳感器、超溫傳感器、煙霧傳感器、撕帶傳感器、跑偏傳感器、速度傳感器、張力傳感器、開停傳感器、斷帶傳感器，不同的傳感器有對應的模塊化傳感器接口。

多種皮帶保護模塊化傳感器單元采用以太網或profibus-dp現場總線或rs485（標準modbus-rtu標準協議）等通訊接口分別電連接在井下主控機上，可以與集控系統實現信息共享集中控制，也可以通過煤礦環網將本系統主要數據上傳到地面監控中心，實現本系統遠程監控。語音擴播系統采用數字式擴音電話，傳輸方式采用can總線通信方式，can總線具有通信距離遠，音質清晰、洪亮等優點。

所述井下主控機單元通過plc外接的以太網模塊、can總線接口或rs485接口與地面監控中心通訊，實現地面對井下膠帶運輸系統進行可視化集中自動控制、綜合保護以及生產數據的遠程傳輸。

所述本安彩色觸摸屏采用本安12v真彩屏實現動態3d畫面及數據顯示，顯示內容包括電機電壓、電流、速度、張力數據，可漢字顯示臺號、系統時間、運行狀態、故障種類、設定的參數等。

裝置主要由礦用隔爆兼本安型可編程控制箱、數字擴音電話和自動灑水裝置等組成。皮帶保護傳感器包括有堆煤、沿線急停、超溫、煙霧、撕帶、跑偏、速度、張力、開停、斷帶等，根據不同種類傳感器設計了對應的模塊化傳感器接口，若需要獲取更多其他信號傳感器接口，可以對這種特定信號再設計兩個傳感器接口（開關量、模擬量），所有接口以一種統一、標準的本安盒體進行封裝。

該裝置采用西門子plc為核心，代替了傳統的單片機系統，從而解決了單片機控制系統的軟件設計復雜，抗干擾能力差等缺點。該裝置運用納米觸摸屏技術設計了人機交互界面，直觀、形象的顯示了帶式運輸機的運行狀況解決了操作按鈕繁雜的問題。

本發明的優點是：本發明運用以太網技術、現場總線技術、rs485通訊技術、plc技術和納米觸摸技術，具有信息化、網絡化、智能化、可視化、集中加分布式控制的特點，通過上位機控制固化軟件使膠帶運輸機控制方式更完備，保護更齊全，操作更方便，了解更直觀，維護更便捷，擴展更靈活，采用西門子plc為核心，代替了傳統的單片機系統，從而解決了單片機控制系統的軟件設計復雜，抗干擾能力差等缺點；運用納米觸摸屏技術設計了人機交互界面，直觀、形象的顯示了帶式運輸機的運行狀況等。

附圖說明

圖1為本發明系統工作原理圖。

圖2為主控機和觸摸屏的電路原理框圖。

圖3為主控單元的程序流程圖。

圖4為模塊化傳感器接口的電路原理框圖。

具體實施方式

如圖1、2、3、4所示，一種智能皮帶運輸通信控制系統，包括有井下主控機1、本安彩色觸摸屏單元2、多種皮帶保護模塊傳感器3和地面中心計算機4，所述的多種皮帶保護模塊傳感器3采用總線接口分別電連接在井下主控機1上，井下主控機1與地面中心計算機4和本安彩色觸摸屏單元2通訊連接。

所述的井下主控機1是由plc外接pb-b-modbus總線橋、以太網模塊5、can總線接口電路6、語音報警保護電路7、信號數據顯示輸出電路、多個開關量控制輸入、輸出電路、觸摸屏rs485接口和存儲器接口構成的，信號數據顯示輸出電路與本安彩色觸摸屏單元連接，井下主控機1通過以太網模塊5與地面中心計算機4通訊連接。

所述的多種皮帶保護模塊傳感器3由依次串聯的信號輸入電路8、信號取樣放大電路9、信號濾波電路10、嵌入式單片機信號處理和控制輸出電路11、can總線接口12組成，多種皮帶保護模塊傳感器3通過can總線接口12與井下主控機1連接，另外該單元還有顯示及地址設置功能。

多種皮帶保護模塊傳感器3接入各自對應的模塊化傳感器接口，多種皮帶保護模塊傳感器采集到的信號依次經過信號輸入電路8、信號取樣放大電路9、信號濾波電路10及嵌入式單片機信號處理和控制輸出電路11，通過4線式can總線接口12傳送至井下主控機1及本安彩色納米觸摸屏2,多種皮帶保護模塊傳感器3采集的信號信息通過信號數據顯示輸出電路處理后，經過本安彩色納米觸摸屏2把皮帶保護參數和畫面動態顯示出來，所述的井下主控機1通過plc外接的以太網模塊接口將皮帶保護參數與控制信號傳送至地面監控中心分析，實現地面對煤礦井下皮帶運輸系統遠程自動化監測、控制，數據的遠程動態監測功能。

所述的井下主控機1采用的西門子s7-300系列plc。

所述的井下主控機1采用獨立的防爆裝置，殼體采用隔爆兼本安裝置，以實現觸摸彩屏顯示技術及語言聲訊報警輸出。

所述的多種皮帶保護模塊傳感器3包括有堆煤傳感器13、沿線急停傳感器14、超溫傳感器15、煙霧傳感器16、撕帶傳感器17、跑偏傳感器18、速度傳感器19、張力傳感器20、開停傳感器、斷帶傳感器，不同的傳感器有對應的模塊化傳感器接口。

智能皮帶運輸通信控制裝置，包括有井下主控機及本安彩色觸摸屏單元、多種皮帶保護模塊化傳感器單元，所述多種皮帶保護模塊化傳感器單元采用總線接口分別電連接在井下主控機上，所述有井下主控機單元與地面監控中心通訊，在地面中心計算機的統一控制下，實現地面對煤礦井下皮帶運輸系統遠程自動化監測、控制，數據的遠程動態監測功能。

所述的井下主控機及觸摸屏單元，由西門子s7-300系列plc、本安彩色納米觸摸屏組成，所述西門子s7-300系列plc電連接有pb-b-modbus總線橋、以太網模塊、can總線接口電路、語音報警保護電路、信號數據顯示輸出電路，及多個開關量控制輸入、輸出電路，還外接有觸摸屏rs485接口、存儲器接口。

所述皮帶保護模塊化傳感器單元其傳感器接口由信號輸入電路、信號取樣放大電路、信號濾波電路、嵌入式單片機信號處理和控制輸出電路、can總線接口五部分組成，另外該單元還外接有顯示及地址設置裝置。

不同的傳感器接入各自對應的模塊化傳感器接口，傳感器采集到的信號經過信號輸入電路、信號取樣放大電路、信號濾波電路及嵌入式單片機信號處理和控制輸出電路，通過4線式can總線接口傳送至井下主控機及本安彩色觸摸屏單元,所述傳感器采集的信號信息通過信號數據顯示輸出電路處理后，經過本安彩色觸摸屏把皮帶保護參數和畫面動態顯示出來，所述井下主控機單元通過plc外接的以太網將皮帶保護參數與控制信號傳送至地面計算機分析，實現地面對煤礦井下皮帶運輸系統遠程自動化監測、控制，數據的遠程動態監測功能。

所述井下主控機單元通過plc外接的以太網接口或rs485接口與地面控制計算機通訊。

所述井下主控機控制單元采用獨立的防爆裝置，其殼體采用隔爆兼本安設計，以實現彩屏觸摸顯示技術及語言聲訊報警輸出。

所述本安彩色觸摸屏單元中的本安彩色觸摸屏顯示內容包括電機電壓、電流、速度、張力數據，可漢字顯示臺號、系統時間、運行狀態、故障種類、設定的參數等，畫面為彩色動態顯示。

所述皮帶保護傳感器包括有堆煤、沿線急停、超溫、煙霧、撕帶、跑偏、速度、張力、開停、斷帶等，根據不同種類傳感器設計了對應的模塊化傳感器接口，若需要獲取更多其他信號傳感器接口，可以對這種特定信號再設計兩個傳感器接口（開關量、模擬量），所有接口以一種統一、標準的本安盒體進行封裝。

控制網絡采用以太網連接地面控制計算機和井下主控機，實現控制及數據和信息的交互。接入以太網的所有設備稱為節點，每個節點分配一個地址，通過各自地址相互通信。地面控制中心，與礦井計算機局域網連接，將膠帶運輸系統工作狀況在網上發布，使聯網的調度及有權限的計算機可以隨時查看膠帶運輸系統的運行狀態。

本系統具有信息化、網絡化、智能化、可視化、集中加分布式控制化等特點。本監控系統通過上位機控制軟件使膠帶運輸機控制方式更完備，保護更齊全，操作更方便，了解更直觀，維護更便捷，擴展更靈活。

主控機部分原理與設計

井下主控機電路采用西門子s7-300系列plc，該plc運算速度快，接口功能強，使用相對較為靈活，所述模塊化傳感器采用4線式can總線接口分別通過一路can總線接口電路與井下主控機單元電連接，所述傳感器采集的信號信息通過信號數據顯示輸出電路處理后，通過rs485接口經過本安彩色觸摸屏單元把皮帶保護參數和畫面動態顯示出來，通過以太網模塊接口電路，與地面控制計算機通訊，實現地面對煤礦井下皮帶運輸系統遠程自動化監測、控制及保護功能。

系統對傳感器送來的信號，經過can總線轉換送入cpu進行分析，不但可以鑒別出供電回路的運行狀態，還可以對負載的運行狀態進行判斷，同時將運行狀態顯示出來。一旦回路故障動作后，系統將顯示其位置，并驅動報警電路語音聲光報警。回路的故障狀態存儲在ram中，可通過觸摸屏查詢其位置和故障時間。數據通訊按rs485標準。

（1）核心器件選用德國西門子s7系列可編程控制器。主機預留以太網或profibus-dp現場總線或rs485（標準modbus-rtu標準協議）等通訊接口，可以與集控系統實現信息共享集中控制，也可以通過煤礦環網將本系統主要數據上傳到地面監控中心，實現本系統遠程監控。語音擴播系統采用數字式擴音電話，傳輸方式采用can總線通信方式，can總線具有通信距離遠，音質清晰、宏亮等優點。

（2）運用納米觸摸屏技術徹底解決了操作按鈕繁雜的問題。

（3）運用了智能語音編程控制模塊。

（4）具有遠控、就地自動、就地手動等多種控制功能。

遠控：接收來自地面監控中心的起車和停車指令，自動按順序起動、運行、聯鎖與保護、停車全過程的控制和監測。

就地自動控制：將工作方式設置為就地自動控制時，則膠帶機的起停直接由井下主機進行控制，實現一鍵自動起/停膠帶機。起車順序：預告→制動閘松閘→啟動電機。停車順序：停止電機→制動閘抱閘，以上順序可根據現場實際情況進行更改。

就地手動控制：將控制機設置“手動”方式時，對本站皮帶相關設備進行手動開停控制，手動方式只作為備用方式或檢修時使用。

（5）主機配有納米觸摸屏，能以圖形、動畫、文字的形式顯示設備的運行狀態，同時當皮帶保護動作時能夠顯示出故障的類型和地址，各部皮帶的電機、減速機的溫度、電機電流、能夠在主機上顯示出來。沿線閉鎖位置顯示、沿線電纜斷路檢測及斷路位置顯示。

（6）皮帶沿線每200米安裝一個數字擴音電話，擴音電話采用can總線傳輸方式數字式擴音電話，確保語音信號清晰、響亮，能夠及時聯系到維護人員。所有擴音電話帶打點、通話功能和閉鎖功能。同時擴音電話需配有蓄電池，在停電的狀態下，保持待機時間不低于8小時。該裝置與擴音電話配套使用，實現皮帶沿線打點、通話、語音報警、啟動預警等功能。

（7）皮帶輸送機具有拉力急停、跑偏、煙霧、溫度、撕裂、速度、煤位、超溫煙霧自動灑水裝置、擴音播電話等保護功能。還具有電機電流、過欠壓，電機軸承溫度、繞組溫度，減速機油溫保護等。當皮帶保護動作時控制系統應能夠停止皮帶運行，并且有語音提示，直到故障排除后，方可恢復運行。沿線急停每100米安裝一臺，且具有地址編碼功能。沿線急停與主機之間采用rs485（modbus-rtu通信協議）通信方式，能夠直接顯示急停開關故障位置，并報出故障位置的語音報警信息，方便排除故障。沿線急停具有多路開關量輸入點，可以接入沿線跑偏和機尾撕裂，并實現地址編碼和語音報警。

跑偏機頭、中間、機尾各配置一對，且具有地址編碼功能和語音報警。

（8）當煙霧、溫度傳感器動作時，會實現自動灑水功能，也可以手動啟停動灑水。

（9）在井下采用本安12v觸摸屏實現動態畫面及數據顯示，觸摸顯示屏能夠記錄近1個月的故障報警信息，便于對故障情況進行統計和分析。

（10）進行參數設定前，必須先用戶登錄，才可以進行修改參數。

（11）具有以太網、rs485、profibus現場總線數據傳輸接口，從而方便實現地面對多條帶式輸送機的集中監控保護，并且可以與第三方設備實現數據共享。

（12）沿線采用8芯快插式拉力電纜，安裝方便、簡單。8芯電纜，其中2芯為電源線、2芯為沿線急停通信線、2芯為擴音電話通信線、2芯為主機間通信線。

模塊化傳感器接口由信號輸入、信號放大、信號濾波、嵌入式單片機信號處理和控制輸出電路、can總線接口五部分組成，另外還有顯示及地址設置功能。不同的傳感器接入各自對應的模塊化傳感器接口，傳感器采集到的信號經過信號輸入電路、信號取樣放大電路、信號濾波電路及嵌入式單片機信號處理和控制輸出電路，通過4線式can總線接口傳送至井下主控機及本安彩色觸摸屏單元。

可編程控制器（plc）送出控制信號分別控制主、副電機、抱閘、灑水電磁閥、張緊、給煤機、破碎機、刮板機、轉載機。通話、打點信號電路分別與前、后臺聯機，實現語言通話、打點。數字語音電路采用真人發音，將運行狀態及故障報警信息在皮帶系統沿線播放，及時提醒操作人員注意。故障急停、跑偏傳感器可以直接顯示其定位編號并進行語音提示，指出故障位置。地面監控室可以在計算機屏幕上查詢所有分站的歷史故障信息和用戶登錄信息。

整個控制系統采用總線技術集中加分布控制方式，將多個不同的皮帶保護傳感器分別接入各自對應的模塊化傳感器接口，再通過快速拔插式接口傳送至井下主控機及本安彩色觸摸屏顯示單元，中央處理器對信號初步處理后，通過以太網將皮帶保護參數與控制信號傳送至地面計算機，實現對煤礦井下皮帶運輸系統遠程自動化監測、控制，數據的遠程動態監測，本裝置具備故障信息處理自動化、時間提示、故障智能記憶化、查詢故障功能。