基于PLC和IFIX的带式输送机远程监控系统

基于PLC和IFIX的带式输送机远程监控系统
豆曙杰，宗伟林**
（中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏 徐州 221008）
摘要：本文介绍了西门子可编程控制器(PLC)和IFIX组态软件实现带式输送机远程监控。该
系统利用西门子 s7-300 PLC 作为现场控制核心，通过与多种智能设备进行通信，实现了煤
矿带式输送机系统的自动监控。并给出了远程监控系统的硬件设计，自动控制程序以及组态
软件的设计。该设计易于实现，可靠性好、稳定性高。基于该方案的监控系统使煤矿自动化
程度得到提升，对相似系统有参考价值。
关键词：PLC；带式输送机；IFIX；远程监控
中图分类号：TP39


Remote Monitoring System for Underground Belt Conveyor
Based on PLC And IFIX
DOU Shujie, ZONG Weilin
(School of Information and Electrial Engineering, China University of Mining and Technology,
JiangSu XuZhou 221008)
Abstract: The programmable logic controller PLC and the IFIX configuration software to realize
remote monitoring for conveyor belt . In the system uses Siemens s7一 300 PLC as centralized
control center.which can communi-cate with has hightion than vanous intelligent electronic
devices, therefore,monitoring of belt conveyor can be implemented. And the concepts of the
programmable controller hardware design, sequential function chart, as well as configuration
software design were given.The design reliability and is the former.lt haseasy to carry out。There
is a great advance to correlative of the system new automation system  and automatiza- very
important reference value.
Keywords: PLC; belt conveyer; IFIX; remote monitoring

0  引言
当前煤矿井下带式输送机运输是煤矿生产的主要运输方式， 煤炭运输主要是有带式输送
机完成，带式输送机的可靠、安全、高效的运行对于煤矿来说具有重要的意义。目前我国煤
矿的单台带式输送机综合保护、故障检测、起停控制己经比较完善，但是采用的多是单机就
地，手动控制，不仅效率地，而且由于在运行过程中的故障不能得到及时发现处理，极易引
发火灾，输送带撕裂等灾害和故障[1]
。随着计算机技术、通信技术、自动控制技术在煤矿开
采和运输中的全面应用和其功能的最大发挥， 将在很大的程度上促进井下煤炭运输的向自动
化、智能化、无人化方向发展。。可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，可
编程控制器已经成为一种新型、通用的自动控制装置，它易于编程，使用灵活及操作简单的
特点使其在现代工业控制中得到十分广泛的应用 [2]
，现在的 PLC集数据处理、程序控制、
参数调节和数据通信功能于一体，可以满足绝大多数工业生产控制应用的要求[3]
。
本文介绍了西门子 S7-300 PLC  和上位机监控软件IFIX  实现的带式输送机远程监控系
统。实现现场和井上地面对带式输送机的监测、监视、控制及数据处理。详细阐述了系统的
控制要求、硬件组成以及上位机监控软件设计。

1  系统概述
以某煤矿为例，该矿现有三条主运输系统，南一、南二、南三部胶带构成南翼胶带运输
系统，北翼一部胶带构成北翼运输系统，四采出煤巷胶带与在建的四采区上山胶带，共计6
条胶带输送机。生产的原煤通过南翼三部皮带、南翼二部皮带将煤运输到南翼转载煤仓，同
时有四采上山皮带的原煤经过四采煤仓、四采出巷运输皮带将煤炭运输到南翼转载煤仓。最
终通过南翼一部皮带与北翼一部皮带煤集中到 1#主井煤仓，通过主井将煤提升至地面。井
下胶带运输示意图图1所示。




1.1  煤矿带式输送机远程监控系统组成
带式输送机远程监控系统由地面和井下两部分组成。地面主要由地面环网、监控主机、 55
路由器、服务器、打印机、大屏显示系统、冗余设备等构成。井下环网主要由井下环网、PLC
控制柜、就地操作显示屏、操作台、就地控制装置、皮带保护装置、通话装置、声光报警装
置等装置组成。
1.2  控制系统技术要求
1.建设形成完善的井下主煤流监视（机头、机尾、各转载点）监测、监控系统。要实现 60
远方监视、监测、监控，达到无人值守的目的。
2.实现分级管控。运输区、矿调度室具有两级监视、监控功能。
3.就近接入工业以太环网接口，要实现在综合自动化平台集中组态，同时要具备web 浏
览发布功能。
4.要实现在综合自动化平台集中组态，同时要具备web 浏览发布功能。  65
5.相对独立的 5 个皮带集控系统就近接入千兆交换机。
6.显示功能：
（1）能实时显示各胶带机相关设施及所有保护投运状况，如皮带机电机电流、带速、
滚筒温度，煤仓煤位，胶带接头在线监测数据要预留入网接口，断带抓捕器实现编号管理、
显示运行状态、动作报警功能，要预留入网接口，并能方便的进行多画面切换；当被检测参 70

数超限、保护动作及设备运行状态改变后，发出语音、文字报警，并具有故障记忆功能[4]
。
（2）工况图动态显示整个系统所有胶带机、给煤机运行的工况。
7.控制功能
（1）实现就地集中控制、就地闭锁控制、就地检修、手动控制。
（2）实现地面控制皮带机远程操作的顺序启动与停止。  75
（3）实现地面控制皮带机的单条启动、停止。
（4）地面试验控制：单台皮带机或给煤机的启停、皮带机组和给煤机的闭锁关系无效，
用于皮带检修运行。
（5）胶带顺煤流起动功能：即上级皮带有煤，下级皮带和给煤机能够逐级自动运行。
（6）对开关、变频器出现故障后，能够由地面控制台进行复位，并能控制开关的停送 80
电。
（7）机尾水泵能根据水位，实现自动开停泵功能，同时要求控制系统能够进入监控系
统。
2  PLC 控制系统的硬件组成
整个远程监控系统分为两层：地面集中控制管理层和就地控制管理层。地面集中控制管 85
理层由两台上位机和一台交换机组成。在远程监控系统进行运行时,两台上位机互为冗余，
并通过交换机、矿井环网与现场可编程控制器设备互联,从而实现对现场设备的监控。



单条皮带监控系统构如图3所示。其余四个就地监控系统与此相似。将就地监控系统中
的以太网信号接入井下环网，实现上位机与下位机通信。



2.1  PLC 的选型原则
在控制系统设计时主要依据以下几个原则：
1、一定要安全可靠，能够适应现场的温度变换和恶劣环境，提高设备的可靠性，在此 100
基础上再考虑经济效益，以达到性价比最优。
2、方便现场数据的修改，具有一定的柔性。
3、保证系统长时间运行的稳定性。
4、提高设备自动化率。
5、具有可扩展性，能够更好的对系统进行扩展，实现全局的自动化。  105
2.2  抗干扰措施
由于产生干扰的因素是复杂而多样的，因此采取的抗干扰措施要根据情况而定。PLC
供电电源为了抗干扰，应加装电源净化元件(如电源滤波器、1:1 隔离变压器等);隔离变压器
也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线
圈屏蔽层接 PLC输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。  110
设置一个 PLC 信号专用接地装置。该装置不能和防雷接地装置、电器设备接地装置有
金属连接。接地电阻可参见使用说明书，一般小于 100Ω。即可。接地线进入 PLC 控制柜
中的信号接地端子排。当出现干扰时将PLC的接线端子与信号接地端子排连。
3  控制系统的软件设计
本系统的软件部分主要由两部分组成： 上位机的组态监控软件和现场PLC的编程软件。 115
上位机的编程软件选用了GE 公司的 IFIX4.5。

3.1  可编程控制器的软件设计
由于南翼三部皮带与南翼二部皮带具有直接搭接关系， 即以南翼三部皮带与南翼二部皮
带联动为例进行软件设计，实现顺煤流停止，逆煤流启动。联动软件流程图如下图：



3.2  上位机监控软件的设计
工控组态软件 IFIX 是 GE 公司开发的大型应用软件。它集控制技术、人机界面技术、
图形技术、数据库技术、网络技术于一体，提供友好的用户界而[5]
，  用 IFIX  监控组态软件
编制的上位监控程序能够完成整个控制系统的数据采集、控制系统组态、工艺参数的在线修
改和设置，也可实现远程监控系统中各设备及各种仪表的运行状态和实时参数的采集，并以动态图形显示，还能实现历史数据查询及调用、系统状态诊断等功能，同时也具备系统报警
显示查询、生成数据库、数据报表及打印等功能[6]
。
3.2.1  IFIX 软件与 S7-300 的通信
上位机监控软件 IFIX 采用 OPC 方式与现场的可编程控制 PLC 进行通信，通过对每一
个可编程控制器进行 IP地址设置，即可以通过OPC方便获取现场机电设备及其保护设备的
信息，上位机的实时数据库实时与井下带式输送机现场进行实时数据交换，并由IF'IX 软件
的监控界面上显示[7]
。
（1）主监控界面设计
上位机与下位机建立连接，绘制主监控画面如图6 所示




主监控画面中给出了四采胶带、四采出巷胶带、南翼三部胶带、南翼二部胶带、南翼一
部胶带、北翼胶带的实时监控，并且可以再界面显示每一条皮带的当前运行情况，一旦出现
故障， 会给出相应的故障信号， 并且用户可以在各条输送带单独的监控画面中进行故障处理。  
（2）单条输送带带监控画面
根据操作要求和故障情况可绘制单条胶带机监控画面如图 7 所示



在单条胶带监控画面中给出了各种保护的指示灯与操作按钮的状态情况， 由于组态软件
与下位机已进行通信连接 只需在绘制监控画面后进行画面动态链接  将现场实时信息传入
组态软件中进行监控， 现场信息由下位机即可编程控制器进行收集通过监控画面反映给工作
人员。
（3）单条胶带的速度与电机电流曲线



4  远程监控系统的逻辑控制过程
1.起车前准备
(1)起车前确定是集中控制方式启动还是就地方式下启动。集中控制方式下，PLC 执行
用户程序的全部控制功能；就地方式下，现场设备通过现场工人手动控制，PLC 收集设备
运转信号以及故障信号，传输到上位机显示。
(2)流程选择：当选定某一流程后，PLC 检测与之相关的输入状态判断是否具备起车条
件。条件具备，则先发出起车警报，否则将对检测出的故障进行检修。
(3)启动方式:用户程序按逆煤流方式启动。
2.起车过程控制

(1)当前述过程操作完毕，系统准备就绪，发出起车指令，所选系统以指定起车方式起
车。
(2)在逆煤流起车过程中出现故障时，起车指令自动撤除并故障报警。
3.运行联锁控制
(1)运行过程中出现故障时，逆煤流联锁保护，并报警。
(2)对各种保护、运行参数时实监测。
(3)完成系统中各种设定功能。
4.停车过程控制
当系统发出停车指令后，PLC将按用户的程序完成顺煤流停车过程。
5  结论
本文给出了基于西门子S7-300PLC与IFIX 监控软件的远程监控系统，构建一个远程监
控系统的方法，方便地实现了地面对井下胶带运输机设备的监控。该系统集安全生产监控系
统和管理信息系统于一体，大大提高了现有煤矿控制系统的技术水平  而且促进矿井综合自
动化程度的提高，该远程控制系统可以实现井下无人值守，这样可以极大提高工作效率，增
强工作人员的人身安全，符合可持续发展的要求。该远程监控系统在地面，这样便于工作和
维护，管理方便，而且具有可扩展性，从而实现现代化管理，这样为煤矿实现全矿井自动化
创造了一个很好的条件。

[参考文献] (References)
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[2] 刘璐.朱一凡.基于PLC与组态王的带式输送机控制系统设计[J].煤矿机械，2010,36（6）：21-22
[3] 骆德汉.可编程控制器与现场总线网络控制[M]北京：科学出版社，2005：  166-220
[4] 胡奇芸，于岩，于卉.基于PLC的带式输送机电控系统设计及应用[J].煤矿机械，2009,30（3）:114-116
[5] 王磊，詹惠琴.IFIX组态软件在污水处理控制系统中的应用[J].办公自动化，2011,207（6）,26-28
[6] 李秀芸， 江海峰，张元元.基于IFIX和Profibus的井下带式输送机监控系统[J].煤矿机电，2009,5:61-63
[7] 屈浩.基于GE PLC与iFIX 4.0的控制系统在寺河矿矿并排水处理站中的应用[J].PLC&FA，2011,5:37-45