1、项目简介
某煤矿，1982年8月建成投产，是一座年产100多万吨的大型现代化矿井，井田面积18 km2，现有107和315两个采区进行煤炭开采，目前两采区共安装14部胶带输送机接力提升，完成井下煤炭运输。井下已使用KHA36-2型输送带张力监控保护装置，实现输送带的综合保护与输送带张力测量。为了在中央调度室内完成地对井下14条胶带输送机生产情况全面监控，并实现上位机对井下输送机启动、停车、故障自处理等功能控制，设计煤矿胶带运输DCS系统，以完成对107采区和315采区胶带输送机的集散控制。
2、胶带运输监控DCS系统功能与构成
DCS系统是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通讯网络技术、CRT技术、图形显示技术及人机接口技术相互渗透发展而产生的新型控制系统，在工业、矿业等领域应用广泛纠。
胶带运输监控DCS系统的功能包括：对胶带输送机进行远程集中控制、现场集中控制、现场手动控制；通过实时采集各种现场传感信息，动态显示胶带机运行状态，包括带速、胶带轻／重跑偏、急停拉索动作、堆煤、断带故障等信息，并由上位机对胶带运行状态进行实时监测、直观显示；系统对胶带电机电流实时检测，实现设备的自动保护，系统运行、报警及故障时有图形及语音提示等等。
胶带运输监控DCS系统主要有以下3部分组成：
(1)设备控制层。设备控制层硬件主要由各种数据采集装置构成，主要包括速度检测传感器、温度传感器、胶带跑偏开关、紧急闭锁开关等工业现场设备，主要负责两个采区中各个胶带输送机运行状态信息的实时采集，并上传到上位机系统。另外系统设置多台远程I/O站，站中安装I/O模块，用于各种采集信号的采集与输出。
(2)过程管理层。过程管理设备主要包括两个采区的区域控制器与井下人机接口。该DCS系统为107采区和315采区各安装一个区域控制器，区域控制器选用Intel的89S52单片机芯片为控制核心，区域控制器负责接收调度室内上位机的不断点名查询，针对查询控制层内采集设备获取的实时数据上传，从而实现上位机与数据采集装置之间的通讯，同时为方便管理和扩展系统提供一种有效的方法。井下输送机司机使用的人机接口装置，包括操作者键盘、显示装置等装置。该DCS系统采用CAN现场总线技术实现数据传输，CAN现场总线抗干扰能力强、通信速率高、传输距离远、构成系统简单，可以保障数据稳定传输。
(3)管理层（上位机）。上位机采用高性能的工业控制计算机，通过运行专用的监控软件系统，实现对井下14台胶带输送机运行情况的监控，完成对各种信息的管理、操作和显示，实现集中控制，并将各台胶带输送机的运转情况实时写入数据库，调度室内的调度员通过友好的监控界面实时掌握井下的生产情况，完成调度。
胶带运输监控DCS系统配置如图1所示。
3、胶带运输监控DCS系统实施
系统中负责监控两个采区胶带输送机运转情况的工控机安装在调度室内，工控机卞连两个区域控制器，分别负责107与315采区的信息采集任务。井下各个胶带输送机的有无煤、是否出现故障等运行状态，由有无煤传感器、跑偏传感器、温度传感器等实时获取。
3.1 上下通信方式设计
该系统中，采用一台上位机经过两个区域控制器与多台下位机通信的模式，为避免系统通信冲突，系统采用两级通信的方式，上位机只与区域控制器直接通信，区域控制器再负责与多个下位机进行通信。上位机向下发送的指令都发送到区域控制器，由区域控制器再发送到下位机智能终端，同样，下位机发送的信号也是经过区域控制器再上传到上位机。具体通信方式采用上位机循环“点名”的方式实现，上位机循环发送包括区域控制器编号、终端号等信息的“点名”数据到区域控制器，区域控制器再下发，只有收到点名数据的下位机终端才上传胶带输送机的运行情况。这种“点名上传”的通信方式有效避免了通信的冲突，使通信能有序进行。
3.2通信协议设计
合理的通信协议是实现稳定、高效通信的根本保障。该系统上位机下发的点名数据设计为5个字节，具体协议设计如图2示。
下位机上传的数据主要包括下位机序号、8种故障信息、启动、停止等运行状态，所以上传数据设计为6个字节，具体协议设计如图3示。
另外上传数据中第4个字节表示8种故障信息，具体协议设计如图4示。
3.3监控画面的设计
直观、形象地显示胶带输送机运转情况是上位机的重要功能。目前，上位机监控软件界面的设计主要有两种方法：(1)借助组态软件提供的一些常用动画组件，如同搭积木一样，搭接出工作现场仿真界面，其缺点是组态提供的动画组件有限，对有特定特点的采取仿真界面相似度不高；(2)通过定时器变换多个静态图片实现现场动画的模拟，这种方式的不足是系统维护多张图片变换产生动画较为消耗系统资源。
该系统中监控仿真动画利用Flash技术制作完成。Flash设计的仿真动画，具有体积小、动画精美生动等优点，并可以根据胶带输送机的长度、倾角、煤仓形状等特点制作动画，真实模拟现场设备，相似度高，动画美观。
4、结束语
通过DCS系统的使用，既实现了井下胶带输送机的分散控制，又实现了上位机的集中信息管理，可以在调度室监控各个采区胶带输送机的生产情况，系系统的自动控制、实时报警等功能有效保证了胶带输送
机运转的连续性和可靠性，有效提高了煤矿企业的经济效益。
