錢 旭

（1.中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 撫順 113122）

近年來，基于“三下”壓煤的安全開采及礦區(qū)固體廢棄物規(guī)模化處理而提出的綜合機(jī)械化固體充填采煤技術(shù)，在我國進(jìn)行了大范圍的推廣與應(yīng)用，其中，投料輸送系統(tǒng)作為地面矸石等固體充填物料由地面向井下運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ?，是固體充填采煤技術(shù)實(shí)施成功的關(guān)鍵[1-3]。然而，由于投料輸送系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不可視，無法及時(shí)監(jiān)控與處理，容易出現(xiàn)堵倉、堵管、空倉、堆煤等故障；傳統(tǒng)的方式是定時(shí)選派安全人員進(jìn)行巡視，不僅需要停止投料系統(tǒng)的運(yùn)行制約生產(chǎn)效率，而且巡視過程中不能完全檢查出所有的問題。因此，迫切的需要一種系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)及控制投料輸送系統(tǒng)的運(yùn)行過程。

隨著礦山物聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化程度高、安全高效的生產(chǎn)方式必然是未來發(fā)展的趨勢(shì)，實(shí)時(shí)的集控監(jiān)測(cè)成為了整個(gè)煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)的主要控制管理方式[4-6]。國內(nèi)外比較大型、現(xiàn)代化礦井都建成了煤礦災(zāi)害綜合監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等[7-10]。且在煤礦開采、挖掘、運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)環(huán)節(jié)均已采用不同程度的自動(dòng)控制。矸石充填效率的提高、減員增效及降低系統(tǒng)故障率等都要求對(duì)矸石充填系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化集控、對(duì)充填作業(yè)各環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)充填投料輸送系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及各設(shè)備的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制[11-12]。

基于泰源煤礦矸石投料輸送系統(tǒng)的基本情況，采用理論分析、PLC 編程控制的方法，對(duì)集控系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)及設(shè)備配套，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)投料過程中的皮帶運(yùn)行狀態(tài)、給料機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、料位信息以及震動(dòng)信息，并實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警，保證生產(chǎn)的高效性與安全性。

1 煤礦矸石充填投料輸送集控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 矸石充填投料輸送系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

固體充填投料輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 固體充填投料輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Solid filling feeding conveying system structure diagram

矸石充填投料輸送系統(tǒng)是先在地面對(duì)固體充填物料進(jìn)行預(yù)處理，然后由地面輸送系統(tǒng)將矸石物料輸送進(jìn)入投料井口，將矸石從地面投到井內(nèi)，自由落體至儲(chǔ)料倉上口，經(jīng)緩沖裝置緩沖后進(jìn)入儲(chǔ)料倉，通過給煤機(jī)放料至井底帶式輸送機(jī)，從而運(yùn)輸至工作面進(jìn)行充填。系統(tǒng)的主要設(shè)備包括投料管、緩沖裝置、帶式輸送機(jī)與給料機(jī)等。

投料輸送系統(tǒng)在輸送投料之前先將矸石投料進(jìn)行篩分、破碎等操作，避免矸石膠結(jié)，再將矸石投料放入給料機(jī)經(jīng)過帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸進(jìn)入井內(nèi)，矸石在投料井內(nèi)做自由落體運(yùn)動(dòng)，井內(nèi)儲(chǔ)料倉上部設(shè)置緩沖裝置避免投料時(shí)由于沖擊力過大造成系統(tǒng)故障，矸石經(jīng)過緩沖裝置緩沖后進(jìn)入儲(chǔ)料倉，然后經(jīng)井下運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸至充填工作面。

1.2 集控系統(tǒng)功能

集控系統(tǒng)功能框圖如圖2。

圖2 集控系統(tǒng)框圖Fig.2 Centralized control system block diagram

系統(tǒng)使用PLC 作為控制核心。通過PLC 自身所配有的以太網(wǎng)接口和光纖鏈路模塊，通過光纖將井下各種傳感器采集信息傳遞到地面控制中心。集控室中的工作人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)給料機(jī)、帶式輸送機(jī)、投料管以及儲(chǔ)料倉的各種數(shù)據(jù)信息，并可以通過上位機(jī)軟件在地面遠(yuǎn)程控制井下設(shè)備的運(yùn)行。

系統(tǒng)設(shè)置雷達(dá)料位計(jì)與煤位傳感器采集儲(chǔ)料倉中物料的料位信息，避免出現(xiàn)滿倉或空倉的情況。震動(dòng)傳感器用來檢測(cè)矸石物料下落到緩沖裝置上的震動(dòng)信息，避免出現(xiàn)投料管堵塞無法檢測(cè)到震動(dòng)的情況。雷達(dá)料位計(jì)、煤位傳感器與震動(dòng)傳感器采集的信息均通過電纜傳輸?shù)降孛婵刂浦行倪M(jìn)行顯示，可以實(shí)時(shí)的檢測(cè)數(shù)據(jù)變化，避免發(fā)生故障。即使出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將自動(dòng)實(shí)現(xiàn)閉鎖停車。工作人員也可在控制中心通過上位機(jī)控制給料機(jī)與帶式輸送機(jī)的運(yùn)行，以及監(jiān)測(cè)給料機(jī)與帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

1）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)采集。系統(tǒng)所有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的采集采用1 臺(tái)PLC 控制站，PLC 控制站不僅需要采集記錄井上下帶式輸送機(jī)和給料機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)還需要采集記錄攝像儀、井上下皮帶秤、煤位傳感器、震動(dòng)傳感器及雷達(dá)物位計(jì)的信號(hào)。

2）設(shè)備控制。投料控制室內(nèi)放置1 臺(tái)工控機(jī)，配備音響設(shè)備，配電室控制箱上有指示燈和按鈕，內(nèi)部有PLC 對(duì)設(shè)備信號(hào)進(jìn)行處理。

3）控制設(shè)備的通信。地面PLC 站與井下分站使用光纖通過PROFIBUS-DP 通信，相互交換設(shè)備信息，地面控制主機(jī)采用網(wǎng)絡(luò)通信對(duì)2 個(gè)PLC 站的實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集與設(shè)備控制。

4）視頻監(jiān)控。4 臺(tái)攝像儀的視頻信號(hào)通過同軸電纜將傳輸?shù)酵读峡刂剖?，井下視頻信號(hào)和地面視頻信號(hào)通過1 個(gè)4 畫面分割器同時(shí)在操作室墻上1臺(tái)電視機(jī)顯示。

5）控制模式。帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)具備集控與檢修2 種模式，以便進(jìn)行故障處理與設(shè)備檢修的操作。①當(dāng)操作臺(tái)使用集控模式時(shí)，通過集控平臺(tái)或控制箱按鈕啟動(dòng)地面帶式輸送機(jī)時(shí)需要檢查儲(chǔ)料倉深度，只有在儲(chǔ)料倉未滿的情況下才能啟動(dòng)帶式輸送機(jī)，否則無法啟動(dòng)；②當(dāng)選擇檢修模式時(shí)，通過集控平臺(tái)或操作臺(tái)按鈕可任意啟動(dòng)帶式輸送機(jī)，對(duì)儲(chǔ)料倉深度不做檢測(cè)，同時(shí)可以校正井上與井下電子皮帶秤的計(jì)量情況。

集控系統(tǒng)主要是對(duì)矸石輸送與矸石投料做集中控制，提高煤礦生產(chǎn)效率。集控系統(tǒng)的主要功能包括：帶式輸送機(jī)控制、給料機(jī)控制、帶式輸送機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、給料機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、矸石料位檢測(cè)、震動(dòng)檢測(cè)等功能。

2 煤礦矸石充填投料輸送集控系統(tǒng)硬件

2.1 控制主站

PLC 控制主站包括電源模塊、CPU 模塊、模擬量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊。

CPU 模塊選擇CPU 315-2 PN/DP。該CPU 內(nèi)置了2 個(gè)接口：第1 個(gè)接口是集成的MPI/DP 接口，最多能同時(shí)建立16 個(gè)與S7-300 編程器、PC 和OP 的連接；第2 個(gè)內(nèi)置接口是1 個(gè)基于Ethernet TCP/IP的PROFINET 接口，它通過協(xié)議與眾多接口通訊，如在SIMATIC 控制器間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，與HMI 和SCADA 連接的PG/OP 通訊等。設(shè)計(jì)就是利用其第2個(gè)內(nèi)置接口—基于Ethernet TCP/IP 的PROFINET 接口，實(shí)現(xiàn)開放的TCP/IP 通訊功能。

在控制主站中，S7-300 PLC 的CPU 配備有2個(gè)以太網(wǎng)接口，其中1 個(gè)連接上位機(jī)，與其組態(tài)軟件進(jìn)行以太網(wǎng)通信；第2 個(gè)通過光纖連接井下設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與井下分站PROFIBUS-DP 通信。根據(jù)系統(tǒng)需求，PLC 獲取的信號(hào)有：數(shù)字量輸入信號(hào)（DI）、數(shù)字量輸出信號(hào)（DO）和模擬量輸入信號(hào)（AI）3 種：①數(shù)字量輸入信號(hào)：雷達(dá)料位計(jì)料位信號(hào)、堆煤信號(hào)、運(yùn)行指示等；②數(shù)字量輸出信號(hào)：控制帶式輸送機(jī)啟動(dòng)與停止信號(hào)、控制給料機(jī)的啟動(dòng)與停止信號(hào)、語音等；③模擬量輸入信號(hào)：震動(dòng)傳感器震動(dòng)信號(hào)等。

PLC 接口模塊連接圖如圖3。

圖3 PLC 接口模塊連接圖Fig.3 PLC interface module connection diagram

2.2 控制分站

控制分站是通過通信電纜將傳感器采集的料位信號(hào)、震動(dòng)信號(hào)傳遞到地面的控制主站，在地面的集控中心可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控井下設(shè)備的運(yùn)行，查詢故障。

控制中心可以使用PLC 控制箱或上位機(jī)軟件控制井下設(shè)備與地面設(shè)備，能夠?qū)嘏c檢修的工作方式進(jìn)行切換、控制帶式輸送機(jī)啟動(dòng)、停止、給料機(jī)啟動(dòng)、停止等操作信號(hào)，還配備一鍵移動(dòng)、一鍵停止功能。

系統(tǒng)使用雷達(dá)料位計(jì)和煤位傳感器聯(lián)合采集井下儲(chǔ)料倉內(nèi)矸石的料位，并且通過井下采集分站將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至地面監(jiān)控主機(jī)，直接的反應(yīng)儲(chǔ)料倉內(nèi)料位的變化情況，若出現(xiàn)料位過高或過低的情況，即發(fā)出報(bào)警信息。

通過震動(dòng)傳感器檢測(cè)緩沖裝置的震動(dòng)情況，判斷投料管是否暢通, 通過震動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)震動(dòng)信息，并且實(shí)時(shí)將采集的數(shù)據(jù)傳回至井上PLC 控制主站，并將數(shù)據(jù)傳遞到上位機(jī)，在上位機(jī)軟件上實(shí)時(shí)顯示采集的數(shù)據(jù)信息。若系統(tǒng)出現(xiàn)緊急故障報(bào)警，控制主站將發(fā)出閉鎖停車信號(hào)，進(jìn)行停車處理。

通過井下分站與井上通過光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸，可實(shí)時(shí)顯示井上下設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，顯示電子稱、料倉物料探測(cè)儀、震動(dòng)傳感器，煤位傳感器的動(dòng)作情況，進(jìn)行地面調(diào)度控制。

3 煤礦矸石充填投料輸送集控系統(tǒng)軟件

3.1 主程序

主程序?qū)崿F(xiàn)投料帶式輸送機(jī)與給料機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停止以及故障保護(hù)等功能，主程序?qū)ψ映绦蜻M(jìn)行調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)分布式控制。系統(tǒng)的核心的功能模塊是利用集控系統(tǒng)功能公共模塊，通過該模塊對(duì)各個(gè)子程序進(jìn)行調(diào)用控制。該子程序?qū)⒉杉瘋鬏數(shù)恼饎?dòng)信號(hào)以及料位信號(hào)對(duì)投料輸送系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、集控、檢修等功能進(jìn)行集成編寫。系統(tǒng)公共模塊框圖如圖4。

圖4 系統(tǒng)公共模塊框圖Fig.4 The system of public module block diagram

料位輸入信號(hào)是通過雷達(dá)料位計(jì)與煤位傳感器聯(lián)合進(jìn)行檢測(cè)，把采集的信號(hào)輸送給集控系統(tǒng)功能公共模塊，如有異常輸出報(bào)警，控制投料帶式輸送機(jī)與給料機(jī)的啟動(dòng)或停止。

震動(dòng)輸入信號(hào)是通過震動(dòng)傳感器進(jìn)行檢測(cè)，由于受儲(chǔ)料倉內(nèi)環(huán)境的影響，隨著矸石在儲(chǔ)料倉內(nèi)的積壓，可能會(huì)出現(xiàn)矸石膠結(jié)的現(xiàn)象，通過監(jiān)測(cè)震動(dòng)信號(hào)保證儲(chǔ)料倉下部出料口以及投料管的暢通，若沒有震動(dòng)信號(hào)輸入，則出現(xiàn)堵塞情況，需要停止投料帶式輸送機(jī)與給料機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行故障處理。

故障報(bào)警是作為語音警報(bào)功能進(jìn)行語音輸出，有空倉報(bào)警、滿倉報(bào)警堆煤報(bào)警以及震動(dòng)報(bào)警。收到報(bào)警信息后工作人員可通過控制中心進(jìn)行調(diào)度控制，若工作人員沒有響應(yīng)時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)發(fā)出停車信號(hào)，停止投料輸送系統(tǒng)的工作，進(jìn)行故障檢測(cè)。

3.2 流程控制

集中控制是操作人員通過上位機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的調(diào)度與控制。集中控制設(shè)計(jì)一鍵啟停與分步啟停功能，一鍵啟停是根據(jù)程序的具體設(shè)定依次進(jìn)行啟動(dòng)與停止的操作，分步啟停是可以分別控制帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)與停止，及給料機(jī)的啟動(dòng)與停止。

將煤礦矸石充填投料輸送集控系統(tǒng)分為啟動(dòng)和停止2 部分。第1 部分為集控系統(tǒng)啟動(dòng)流程，終端兩點(diǎn)是投料帶式輸送機(jī)與給料機(jī)，通過控制中心控制投料帶式輸送機(jī)與給料機(jī)的啟動(dòng)工作；第2 部分為集控系統(tǒng)停止流程，終端兩點(diǎn)是投料帶式輸送機(jī)與給料機(jī)，通過上位機(jī)的控制對(duì)投料帶式輸送機(jī)與給料機(jī)進(jìn)行停止，保證安全前提下進(jìn)行故障檢測(cè)。

3.2.1 集控系統(tǒng)啟動(dòng)流程

集控系統(tǒng)的啟動(dòng)流程是由控制中心的工作人員，通過上位機(jī)控制軟件執(zhí)行啟動(dòng)操作，控制主站給帶式輸送機(jī)與給料機(jī)發(fā)出啟動(dòng)命令，然后按照相應(yīng)的啟動(dòng)順序先啟動(dòng)帶式輸送機(jī)，再啟動(dòng)給料機(jī)。通過控制中心的上位機(jī)軟件可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶式輸送機(jī)與給料機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，避免產(chǎn)生運(yùn)行時(shí)的故障。集控系統(tǒng)啟動(dòng)流程圖如圖5。

圖5 集控系統(tǒng)啟動(dòng)流程圖Fig.5 Flow chart of system startup

集控系統(tǒng)啟動(dòng)流程是將露天煤礦矸石預(yù)處理系統(tǒng)洗選的矸石。通過給料機(jī)，經(jīng)過投料帶式輸送機(jī)，輸送到投料井中，向井下投料。若充填物料直接由地面投到井下，經(jīng)過計(jì)算造成的沖擊力過大，所以在井下安裝了傘形緩沖裝置，再投入儲(chǔ)料倉通過井下給料機(jī)，使用井下帶式輸送機(jī)進(jìn)行傳輸充填。集控系統(tǒng)可以在就地控制箱或上位機(jī)電腦端啟動(dòng)，在就地控制箱或上位機(jī)電腦上均可以使用一鍵啟動(dòng)功能對(duì)帶式輸送機(jī)與給料機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，啟動(dòng)流程為先啟動(dòng)帶式輸送機(jī)，然后進(jìn)行語音提示地面帶式輸送機(jī)啟動(dòng)，再延時(shí)3 s，啟動(dòng)給料機(jī)，進(jìn)行語音提示地面給料機(jī)啟動(dòng)。此時(shí)開始對(duì)地面矸石充填投料進(jìn)行輸送，并實(shí)時(shí)顯示地面帶式輸送機(jī)與給料機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，在上位機(jī)電腦與就地控制箱上顯示，方便集控室的工作人員監(jiān)控。

3.2.2 集控系統(tǒng)停止流程

集控系統(tǒng)停止時(shí)由控制中心的工作人員通過上位機(jī)軟件進(jìn)行停止操作，對(duì)主站發(fā)出停止指令。控制主站根據(jù)聯(lián)鎖關(guān)系自動(dòng)給帶式輸送機(jī)與給料機(jī)依次發(fā)出停車信號(hào)；帶式輸送機(jī)與給料機(jī)收到停車信號(hào)后，自動(dòng)先停給料機(jī)，延時(shí)20 s 等帶式輸送機(jī)上的料跑空再停止帶式輸送機(jī)，并將信號(hào)傳給主站。為了保障工作的安全、高效，在帶式輸送機(jī)和給料機(jī)運(yùn)行中，如果傳感器報(bào)警就會(huì)立即自動(dòng)停止帶式輸送機(jī)和給料機(jī)，停止流程也是先停止給料機(jī)，延時(shí)20 s 后再停止帶式輸送機(jī)。集控系統(tǒng)停止流程圖如圖6。

圖6 集控系統(tǒng)停止流程圖Fig.6 System stop flow chart

傳感器報(bào)警有滿倉報(bào)警、震動(dòng)報(bào)警及堆煤報(bào)警。滿倉報(bào)警為通過雷達(dá)料位計(jì)與煤位傳感器檢測(cè)井下儲(chǔ)料倉的料位，判斷矸石充填投料是否堆滿，若出現(xiàn)滿倉情況再進(jìn)行充填投料就造成滿倉溢出，所以需要停止投料的輸送，停止操作按照上述過程進(jìn)行。

震動(dòng)報(bào)警通過震動(dòng)傳感器檢測(cè)井下緩沖裝置中是否有震動(dòng)，若檢測(cè)不到震動(dòng)，則有可能出現(xiàn)投料管中矸石充填投料堵塞所造成，需要緊急停止集控系統(tǒng)，進(jìn)行故障檢測(cè)，疏通投料管。

堆煤報(bào)警為儲(chǔ)存?zhèn)}中投料堆放過多，應(yīng)停止投料，進(jìn)行處理。

集控系統(tǒng)停止可以在就地控制箱或上位機(jī)電腦端由工作人員進(jìn)行操作，另外當(dāng)控制中心收到滿倉報(bào)警、震動(dòng)報(bào)警以及堆煤報(bào)警等傳感器的警報(bào)時(shí)，集控系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)進(jìn)行停止操作，進(jìn)行故障檢測(cè)，保障系統(tǒng)正常工作。集控系統(tǒng)主動(dòng)停止操作可以在就地控制箱或上位機(jī)電腦上使用一鍵停止功能對(duì)給料機(jī)與帶式輸送機(jī)進(jìn)行停止，先停止給料機(jī)，延時(shí)20 s等待帶式輸送機(jī)上的矸石投料跑空再停止帶式輸送機(jī)，完成工作人員的主動(dòng)停止集控系統(tǒng)。集控系統(tǒng)也會(huì)被動(dòng)停止，即控制中心收到傳感器報(bào)警時(shí)自動(dòng)進(jìn)行停止操作，停止流程與主動(dòng)停止操作相同。

3.3 故障報(bào)警和故障處理

帶式輸送機(jī)的故障保護(hù)主要是之前提到的滿倉、震動(dòng)以及堆煤保護(hù)等功能。通過現(xiàn)場(chǎng)傳感器檢測(cè)（如雷達(dá)料位計(jì)、震動(dòng)傳感器以及煤位傳感器），將煤礦矸石充填投料輸送集控系統(tǒng)的工作狀態(tài)反饋給PLC。一旦發(fā)生故障，PLC 則做出相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，通常為延時(shí)保護(hù)或輸出停止帶式輸送機(jī)與給料機(jī)信號(hào)。當(dāng)故障解除后，重新啟動(dòng)集控系統(tǒng)。故障檢測(cè)流程示意圖如圖7。

圖7 故障檢測(cè)流程示意圖Fig.7 Fault detection process diagram

1）滿倉報(bào)警。儲(chǔ)料倉用于儲(chǔ)存固體充填物料，以及在地面停止投料時(shí)，由于地面到井下高度較高，造成的瞬時(shí)沖擊力較大，需要在儲(chǔ)料倉上安裝緩沖裝置，將起到對(duì)下落物料的一個(gè)緩沖作用，物料通過緩沖裝置在進(jìn)入儲(chǔ)料倉。投料井口至儲(chǔ)料倉上口高度為393 m，計(jì)算時(shí)考慮極限狀態(tài)，即投料管內(nèi)充滿物料，此時(shí)需要停止供料，投料管內(nèi)的物料仍然下落。因此，為防止堵管，儲(chǔ)料倉的容積需大于投料管內(nèi)的物料的體積。結(jié)合充填采煤工作面的實(shí)際條件，確定儲(chǔ)料倉的直徑為6 m，高度為27.5 m，儲(chǔ)料倉容量約為663 m3。但是隨著矸石在儲(chǔ)料倉內(nèi)的積壓，可能會(huì)出現(xiàn)矸石膠結(jié)的現(xiàn)象，造成儲(chǔ)料倉輸出口堵塞，儲(chǔ)料倉滿倉情況。為了檢測(cè)儲(chǔ)料倉輸出口是否堵塞，系統(tǒng)通過雷達(dá)傳感器與煤位傳感器相結(jié)合進(jìn)行料位檢測(cè)，若料位過高出現(xiàn)滿倉情況，即判斷為物料堵塞，需及時(shí)清理，排除故障。

2）震動(dòng)報(bào)警。由于矸石的膠結(jié)現(xiàn)象，投料管用于固體充填物料投料輸送系統(tǒng)，會(huì)出現(xiàn)管壁粘料情況，矸石物料在管壁上長(zhǎng)時(shí)間累積，就會(huì)造成投料管堵塞，無法進(jìn)行投料輸送。為了檢測(cè)投料管是否堵塞，在井下緩沖裝置安裝震動(dòng)傳感器檢測(cè)震動(dòng)，若出現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)下震動(dòng)情況，則出現(xiàn)投料管管道堵塞情況，需進(jìn)行故障處理，保持投料管管道暢通。

3）故障處理。隨著投料系統(tǒng)工作時(shí)間的增加，矸石物料在儲(chǔ)料倉內(nèi)存放的越來越多，矸石投料會(huì)出現(xiàn)局部膠結(jié)現(xiàn)象，另外，矸石物料在投料管內(nèi)也可能會(huì)出現(xiàn)粘壁現(xiàn)象，造成投料系統(tǒng)的堵塞，無法正常工作。堵倉問題是投料輸送系統(tǒng)最常出現(xiàn)的問題，會(huì)嚴(yán)重影響煤礦的生產(chǎn)效率，從而造成系統(tǒng)故障，需要及時(shí)的進(jìn)行相應(yīng)的故障處理。

4 上位機(jī)軟件

4.1 系統(tǒng)控制界面

系統(tǒng)控制界面如圖8。

圖8 系統(tǒng)控制界面Fig.8 System control mode

控制界面上部有集控/檢修、電源指示按鍵。集控/檢修按鍵可以在集控模式與檢修模式間相互切換；電源指示按鍵可以顯示電源是否供電。

控制界面中部有帶式輸送機(jī)運(yùn)行指示、給料機(jī)運(yùn)行指示。帶式輸送機(jī)運(yùn)行指示按鍵顯示帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；給料機(jī)運(yùn)行指示按鍵顯示給料機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

控制界面下部有一鍵啟動(dòng)、帶式輸送機(jī)啟動(dòng)、給料機(jī)啟動(dòng)、一鍵停止、帶式輸送機(jī)停止、給料機(jī)停止按鍵。一鍵啟動(dòng)按鍵與一鍵停止按鍵可以帶式輸送機(jī)與給料機(jī)順序啟動(dòng)或停止，也可通過帶式輸送機(jī)啟動(dòng)、給料機(jī)啟動(dòng)、帶式輸送機(jī)停止、給料機(jī)停止4個(gè)按鍵對(duì)帶式輸送機(jī)與給料機(jī)分步啟動(dòng)或停止。

4.2 系統(tǒng)運(yùn)行模式

系統(tǒng)運(yùn)行包括設(shè)備一鍵啟停和分步啟停2 種。

1）集控控制模式啟停。①就地控制箱上轉(zhuǎn)換開關(guān)打到集控位置；②在就地控制箱上啟動(dòng)：在就地控制箱上按“一鍵啟動(dòng)”按鍵，啟動(dòng)帶式輸送機(jī)和給料機(jī)，啟動(dòng)順序是帶式輸送機(jī)先啟動(dòng)，隔3 s 給料機(jī)在啟動(dòng)；③在就地控制箱上停止：在就地控制箱上按“一鍵停止”按鍵，停止帶式輸送機(jī)和給料機(jī)，停止順序是給料機(jī)先停止，隔20 s 等帶式輸送機(jī)上的料跑空再停止帶式輸送機(jī)；④在電腦上啟動(dòng)：在電腦上按“一鍵啟動(dòng)”按鍵，啟動(dòng)帶式輸送機(jī)和給料機(jī)，啟動(dòng)順序是帶式輸送機(jī)先啟動(dòng)，隔3 s 給料機(jī)在啟動(dòng)；⑤在電腦上停止：在電腦上按“一鍵停止”按鍵，停止帶式輸送機(jī)和給料機(jī)，停止順序是給料機(jī)先停止，隔20 s 等帶式輸送機(jī)上的料跑空再停止皮帶。

2）檢修控制模式啟停。①就地控制箱上轉(zhuǎn)換開關(guān)打到檢修位置；②在就地控制箱上啟動(dòng)：在就地控制箱上分別按帶式輸送機(jī)和給料機(jī)“啟動(dòng)”按鍵，啟動(dòng)帶式輸送機(jī)和給料機(jī)；③在就地控制箱上停止：在就地控制箱上分別按帶式輸送機(jī)和給料機(jī)“停止”按鍵，停止帶式輸送機(jī)和給料機(jī)；④在電腦上啟動(dòng)：在電腦上分別按帶式輸送機(jī)和給料機(jī)“啟動(dòng)”按鍵，啟動(dòng)帶式輸送機(jī)和給料機(jī)；⑤在電腦上停止：在電腦上分別按帶式輸送機(jī)和給料機(jī)“停止”按鍵，停止帶式輸送機(jī)和給料機(jī)。

當(dāng)使用集控模式時(shí)，通過電腦或就地控制箱按鈕啟動(dòng)帶式輸送機(jī)和給料機(jī)時(shí)需要檢查儲(chǔ)料倉深度，只有在儲(chǔ)料倉未滿的情況下才能啟動(dòng)，否則無法啟動(dòng)。在帶式輸送機(jī)和給料機(jī)運(yùn)行中，如果傳感器報(bào)警（如滿倉報(bào)警、震動(dòng)報(bào)警或堆煤報(bào)警）就會(huì)立即自動(dòng)停止帶式輸送機(jī)和給料機(jī)。

當(dāng)選擇檢修模式時(shí)，通過電腦或就地控制箱按鈕可任意啟動(dòng)帶式輸送機(jī)和給料機(jī)，對(duì)儲(chǔ)料倉深度不做檢測(cè)。在帶式輸送機(jī)和給料機(jī)運(yùn)行中，如果傳感器報(bào)警（如滿倉報(bào)警、震動(dòng)報(bào)警或堆煤報(bào)警）不會(huì)自動(dòng)停止帶式輸送機(jī)和給料機(jī)，對(duì)帶式輸送機(jī)和給料機(jī)的運(yùn)行無影響。

5 結(jié) 語

設(shè)計(jì)了煤礦矸石充填投料輸送集控系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)，以PLC 為控制核心，設(shè)計(jì)了控制主站與分站，實(shí)現(xiàn)地面控制中心與井下采集分站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。結(jié)合各個(gè)擴(kuò)展模塊，搭建系統(tǒng)的控制框架，完成系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)；根據(jù)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)以及功能需求，設(shè)計(jì)控制流程，分別對(duì)主程序與相應(yīng)子程序作出詳細(xì)設(shè)計(jì)；編寫了系統(tǒng)的集控啟動(dòng)與集控停止的程序，并設(shè)計(jì)了滿倉、堆煤、震動(dòng)等各個(gè)故障保護(hù)程序，在特殊情況下實(shí)現(xiàn)閉鎖停車等；設(shè)計(jì)矸石充填投料輸送系統(tǒng)上位機(jī)軟件，對(duì)實(shí)現(xiàn)的集中控制、就地控制、狀態(tài)顯示、閉鎖功能、歷史圖表功能、操作記錄/運(yùn)行記錄與查詢和視頻監(jiān)控的功能分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，保障系統(tǒng)安全工作。