一种智能皮带运输通信控制系统的制作方法

本发明涉及矿山自动化工程领域中的煤矿井下皮带运输监测控制系统技术领域，尤其涉及一种智能皮带运输通信控制系统。

背景技术：

带式输送机是煤矿生产中非常重要的运输设备，它能否安全高效地运行，直接决定着煤矿生产的产量和效率。老式带式输送机控制系统一般由单条皮带独立控制开停，系统分散，控制的灵活性差，且各皮带的配置差异较大，操作人员较多，劳动强度大，运行效率低，且易引起操作失误，造成设备损坏，甚至人员伤亡，给煤矿带来重大的损失。因此实现带式输送机的远程集中控制和信息化管理就显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种智能皮带运输通信控制系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种智能皮带运输通信控制系统，包括有井下主控机、本安彩色触摸屏单元、多种皮带保护模块传感器和地面中心计算机，所述的多种皮带保护模块传感器采用总线接口分别电连接在井下主控机上，井下主控机与地面中心计算机和本安彩色触摸屏单元通讯连接。

所述的井下主控机是由plc外接pb-b-modbus总线桥、以太网模块、can总线接口电路、语音报警保护电路、信号数据显示输出电路、多个开关量控制输入、输出电路、触摸屏rs485接口和存储器接口构成的，信号数据显示输出电路与本安彩色触摸屏单元连接，井下主控机通过以太网模块与地面中心计算机通讯连接。

所述的多种皮带保护模块传感器由依次串联的信号输入电路、信号取样放大电路、信号滤波电路、嵌入式单片机信号处理和控制输出电路、can总线接口组成，多种皮带保护模块传感器通过can总线接口与井下主控机连接，另外该单元还有显示及地址设置功能。

多种皮带保护模块传感器接入各自对应的模块化传感器接口，多种皮带保护模块传感器采集到的信号依次经过信号输入电路、信号取样放大电路、信号滤波电路及嵌入式单片机信号处理和控制输出电路，通过4线式can总线接口传送至井下主控机及本安彩色纳米触摸屏,多种皮带保护模块传感器采集的信号信息通过信号数据显示输出电路处理后，经过本安彩色纳米触摸屏把皮带保护参数和画面动态显示出来，所述的井下主控机通过plc外接的以太网模块接口将皮带保护参数与控制信号传送至地面监控中心分析，实现地面对煤矿井下皮带运输系统远程自动化监测、控制，数据的远程动态监测功能。

所述的井下主控机采用的西门子s7-300系列plc。

所述的井下主控机采用独立的防爆装置，壳体采用隔爆兼本安装置，以实现触摸彩屏显示技术及语言声讯报警输出。

所述的多种皮带保护模块传感器包括有堆煤传感器、沿线急停传感器、超温传感器、烟雾传感器、撕带传感器、跑偏传感器、速度传感器、张力传感器、开停传感器、断带传感器，不同的传感器有对应的模块化传感器接口。

多种皮带保护模块化传感器单元采用以太网或profibus-dp现场总线或rs485（标准modbus-rtu标准协议）等通讯接口分别电连接在井下主控机上，可以与集控系统实现信息共享集中控制，也可以通过煤矿环网将本系统主要数据上传到地面监控中心，实现本系统远程监控。语音扩播系统采用数字式扩音电话，传输方式采用can总线通信方式，can总线具有通信距离远，音质清晰、洪亮等优点。

所述井下主控机单元通过plc外接的以太网模块、can总线接口或rs485接口与地面监控中心通讯，实现地面对井下胶带运输系统进行可视化集中自动控制、综合保护以及生产数据的远程传输。

所述本安彩色触摸屏采用本安12v真彩屏实现动态3d画面及数据显示，显示内容包括电机电压、电流、速度、张力数据，可汉字显示台号、系统时间、运行状态、故障种类、设定的参数等。

装置主要由矿用隔爆兼本安型可编程控制箱、数字扩音电话和自动洒水装置等组成。皮带保护传感器包括有堆煤、沿线急停、超温、烟雾、撕带、跑偏、速度、张力、开停、断带等，根据不同种类传感器设计了对应的模块化传感器接口，若需要获取更多其他信号传感器接口，可以对这种特定信号再设计两个传感器接口（开关量、模拟量），所有接口以一种统一、标准的本安盒体进行封装。

该装置采用西门子plc为核心，代替了传统的单片机系统，从而解决了单片机控制系统的软件设计复杂，抗干扰能力差等缺点。该装置运用纳米触摸屏技术设计了人机交互界面，直观、形象的显示了带式运输机的运行状况解决了操作按钮繁杂的问题。

本发明的优点是：本发明运用以太网技术、现场总线技术、rs485通讯技术、plc技术和纳米触摸技术，具有信息化、网络化、智能化、可视化、集中加分布式控制的特点，通过上位机控制固化软件使胶带运输机控制方式更完备，保护更齐全，操作更方便，了解更直观，维护更便捷，扩展更灵活，采用西门子plc为核心，代替了传统的单片机系统，从而解决了单片机控制系统的软件设计复杂，抗干扰能力差等缺点；运用纳米触摸屏技术设计了人机交互界面，直观、形象的显示了带式运输机的运行状况等。

附图说明

图1为本发明系统工作原理图。

图2为主控机和触摸屏的电路原理框图。

图3为主控单元的程序流程图。

图4为模块化传感器接口的电路原理框图。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，一种智能皮带运输通信控制系统，包括有井下主控机1、本安彩色触摸屏单元2、多种皮带保护模块传感器3和地面中心计算机4，所述的多种皮带保护模块传感器3采用总线接口分别电连接在井下主控机1上，井下主控机1与地面中心计算机4和本安彩色触摸屏单元2通讯连接。

所述的井下主控机1是由plc外接pb-b-modbus总线桥、以太网模块5、can总线接口电路6、语音报警保护电路7、信号数据显示输出电路、多个开关量控制输入、输出电路、触摸屏rs485接口和存储器接口构成的，信号数据显示输出电路与本安彩色触摸屏单元连接，井下主控机1通过以太网模块5与地面中心计算机4通讯连接。

所述的多种皮带保护模块传感器3由依次串联的信号输入电路8、信号取样放大电路9、信号滤波电路10、嵌入式单片机信号处理和控制输出电路11、can总线接口12组成，多种皮带保护模块传感器3通过can总线接口12与井下主控机1连接，另外该单元还有显示及地址设置功能。

多种皮带保护模块传感器3接入各自对应的模块化传感器接口，多种皮带保护模块传感器采集到的信号依次经过信号输入电路8、信号取样放大电路9、信号滤波电路10及嵌入式单片机信号处理和控制输出电路11，通过4线式can总线接口12传送至井下主控机1及本安彩色纳米触摸屏2,多种皮带保护模块传感器3采集的信号信息通过信号数据显示输出电路处理后，经过本安彩色纳米触摸屏2把皮带保护参数和画面动态显示出来，所述的井下主控机1通过plc外接的以太网模块接口将皮带保护参数与控制信号传送至地面监控中心分析，实现地面对煤矿井下皮带运输系统远程自动化监测、控制，数据的远程动态监测功能。

所述的井下主控机1采用的西门子s7-300系列plc。

所述的井下主控机1采用独立的防爆装置，壳体采用隔爆兼本安装置，以实现触摸彩屏显示技术及语言声讯报警输出。

所述的多种皮带保护模块传感器3包括有堆煤传感器13、沿线急停传感器14、超温传感器15、烟雾传感器16、撕带传感器17、跑偏传感器18、速度传感器19、张力传感器20、开停传感器、断带传感器，不同的传感器有对应的模块化传感器接口。

智能皮带运输通信控制装置，包括有井下主控机及本安彩色触摸屏单元、多种皮带保护模块化传感器单元，所述多种皮带保护模块化传感器单元采用总线接口分别电连接在井下主控机上，所述有井下主控机单元与地面监控中心通讯，在地面中心计算机的统一控制下，实现地面对煤矿井下皮带运输系统远程自动化监测、控制，数据的远程动态监测功能。

所述的井下主控机及触摸屏单元，由西门子s7-300系列plc、本安彩色纳米触摸屏组成，所述西门子s7-300系列plc电连接有pb-b-modbus总线桥、以太网模块、can总线接口电路、语音报警保护电路、信号数据显示输出电路，及多个开关量控制输入、输出电路，还外接有触摸屏rs485接口、存储器接口。

所述皮带保护模块化传感器单元其传感器接口由信号输入电路、信号取样放大电路、信号滤波电路、嵌入式单片机信号处理和控制输出电路、can总线接口五部分组成，另外该单元还外接有显示及地址设置装置。

不同的传感器接入各自对应的模块化传感器接口，传感器采集到的信号经过信号输入电路、信号取样放大电路、信号滤波电路及嵌入式单片机信号处理和控制输出电路，通过4线式can总线接口传送至井下主控机及本安彩色触摸屏单元,所述传感器采集的信号信息通过信号数据显示输出电路处理后，经过本安彩色触摸屏把皮带保护参数和画面动态显示出来，所述井下主控机单元通过plc外接的以太网将皮带保护参数与控制信号传送至地面计算机分析，实现地面对煤矿井下皮带运输系统远程自动化监测、控制，数据的远程动态监测功能。

所述井下主控机单元通过plc外接的以太网接口或rs485接口与地面控制计算机通讯。

所述井下主控机控制单元采用独立的防爆装置，其壳体采用隔爆兼本安设计，以实现彩屏触摸显示技术及语言声讯报警输出。

所述本安彩色触摸屏单元中的本安彩色触摸屏显示内容包括电机电压、电流、速度、张力数据，可汉字显示台号、系统时间、运行状态、故障种类、设定的参数等，画面为彩色动态显示。

所述皮带保护传感器包括有堆煤、沿线急停、超温、烟雾、撕带、跑偏、速度、张力、开停、断带等，根据不同种类传感器设计了对应的模块化传感器接口，若需要获取更多其他信号传感器接口，可以对这种特定信号再设计两个传感器接口（开关量、模拟量），所有接口以一种统一、标准的本安盒体进行封装。

控制网络采用以太网连接地面控制计算机和井下主控机，实现控制及数据和信息的交互。接入以太网的所有设备称为节点，每个节点分配一个地址，通过各自地址相互通信。地面控制中心，与矿井计算机局域网连接，将胶带运输系统工作状况在网上发布，使联网的调度及有权限的计算机可以随时查看胶带运输系统的运行状态。

本系统具有信息化、网络化、智能化、可视化、集中加分布式控制化等特点。本监控系统通过上位机控制软件使胶带运输机控制方式更完备，保护更齐全，操作更方便，了解更直观，维护更便捷，扩展更灵活。

主控机部分原理与设计

井下主控机电路采用西门子s7-300系列plc，该plc运算速度快，接口功能强，使用相对较为灵活，所述模块化传感器采用4线式can总线接口分别通过一路can总线接口电路与井下主控机单元电连接，所述传感器采集的信号信息通过信号数据显示输出电路处理后，通过rs485接口经过本安彩色触摸屏单元把皮带保护参数和画面动态显示出来，通过以太网模块接口电路，与地面控制计算机通讯，实现地面对煤矿井下皮带运输系统远程自动化监测、控制及保护功能。

系统对传感器送来的信号，经过can总线转换送入cpu进行分析，不但可以鉴别出供电回路的运行状态，还可以对负载的运行状态进行判断，同时将运行状态显示出来。一旦回路故障动作后，系统将显示其位置，并驱动报警电路语音声光报警。回路的故障状态存储在ram中，可通过触摸屏查询其位置和故障时间。数据通讯按rs485标准。

（1）核心器件选用德国西门子s7系列可编程控制器。主机预留以太网或profibus-dp现场总线或rs485（标准modbus-rtu标准协议）等通讯接口，可以与集控系统实现信息共享集中控制，也可以通过煤矿环网将本系统主要数据上传到地面监控中心，实现本系统远程监控。语音扩播系统采用数字式扩音电话，传输方式采用can总线通信方式，can总线具有通信距离远，音质清晰、宏亮等优点。

（2）运用纳米触摸屏技术彻底解决了操作按钮繁杂的问题。

（3）运用了智能语音编程控制模块。

（4）具有远控、就地自动、就地手动等多种控制功能。

远控：接收来自地面监控中心的起车和停车指令，自动按顺序起动、运行、联锁与保护、停车全过程的控制和监测。

就地自动控制：将工作方式设置为就地自动控制时，则胶带机的起停直接由井下主机进行控制，实现一键自动起/停胶带机。起车顺序：预告→制动闸松闸→启动电机。停车顺序：停止电机→制动闸抱闸，以上顺序可根据现场实际情况进行更改。

就地手动控制：将控制机设置“手动”方式时，对本站皮带相关设备进行手动开停控制，手动方式只作为备用方式或检修时使用。

（5）主机配有纳米触摸屏，能以图形、动画、文字的形式显示设备的运行状态，同时当皮带保护动作时能够显示出故障的类型和地址，各部皮带的电机、减速机的温度、电机电流、能够在主机上显示出来。沿线闭锁位置显示、沿线电缆断路检测及断路位置显示。

（6）皮带沿线每200米安装一个数字扩音电话，扩音电话采用can总线传输方式数字式扩音电话，确保语音信号清晰、响亮，能够及时联系到维护人员。所有扩音电话带打点、通话功能和闭锁功能。同时扩音电话需配有蓄电池，在停电的状态下，保持待机时间不低于8小时。该装置与扩音电话配套使用，实现皮带沿线打点、通话、语音报警、启动预警等功能。

（7）皮带输送机具有拉力急停、跑偏、烟雾、温度、撕裂、速度、煤位、超温烟雾自动洒水装置、扩音播电话等保护功能。还具有电机电流、过欠压，电机轴承温度、绕组温度，减速机油温保护等。当皮带保护动作时控制系统应能够停止皮带运行，并且有语音提示，直到故障排除后，方可恢复运行。沿线急停每100米安装一台，且具有地址编码功能。沿线急停与主机之间采用rs485（modbus-rtu通信协议）通信方式，能够直接显示急停开关故障位置，并报出故障位置的语音报警信息，方便排除故障。沿线急停具有多路开关量输入点，可以接入沿线跑偏和机尾撕裂，并实现地址编码和语音报警。

跑偏机头、中间、机尾各配置一对，且具有地址编码功能和语音报警。

（8）当烟雾、温度传感器动作时，会实现自动洒水功能，也可以手动启停动洒水。

（9）在井下采用本安12v触摸屏实现动态画面及数据显示，触摸显示屏能够记录近1个月的故障报警信息，便于对故障情况进行统计和分析。

（10）进行参数设定前，必须先用户登录，才可以进行修改参数。

（11）具有以太网、rs485、profibus现场总线数据传输接口，从而方便实现地面对多条带式输送机的集中监控保护，并且可以与第三方设备实现数据共享。

（12）沿线采用8芯快插式拉力电缆，安装方便、简单。8芯电缆，其中2芯为电源线、2芯为沿线急停通信线、2芯为扩音电话通信线、2芯为主机间通信线。

模块化传感器接口由信号输入、信号放大、信号滤波、嵌入式单片机信号处理和控制输出电路、can总线接口五部分组成，另外还有显示及地址设置功能。不同的传感器接入各自对应的模块化传感器接口，传感器采集到的信号经过信号输入电路、信号取样放大电路、信号滤波电路及嵌入式单片机信号处理和控制输出电路，通过4线式can总线接口传送至井下主控机及本安彩色触摸屏单元。

可编程控制器（plc）送出控制信号分别控制主、副电机、抱闸、洒水电磁阀、张紧、给煤机、破碎机、刮板机、转载机。通话、打点信号电路分别与前、后台联机，实现语言通话、打点。数字语音电路采用真人发音，将运行状态及故障报警信息在皮带系统沿线播放，及时提醒操作人员注意。故障急停、跑偏传感器可以直接显示其定位编号并进行语音提示，指出故障位置。地面监控室可以在计算机屏幕上查询所有分站的历史故障信息和用户登录信息。

整个控制系统采用总线技术集中加分布控制方式，将多个不同的皮带保护传感器分别接入各自对应的模块化传感器接口，再通过快速拔插式接口传送至井下主控机及本安彩色触摸屏显示单元，中央处理器对信号初步处理后，通过以太网将皮带保护参数与控制信号传送至地面计算机，实现对煤矿井下皮带运输系统远程自动化监测、控制，数据的远程动态监测，本装置具备故障信息处理自动化、时间提示、故障智能记忆化、查询故障功能。