劉云楷李 杰孟祥忠王振起

(1.淄博礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司葛亭煤礦,山東省濟(jì)寧市,272053; 2.青島科技大學(xué)自動(dòng)化與電子工程學(xué)院,山東省青島市,266042)

井下帶式輸送機(jī)保護(hù)傳感器動(dòng)作特性測(cè)試系統(tǒng)的研究

劉云楷1李 杰1孟祥忠2王振起2

(1.淄博礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司葛亭煤礦,山東省濟(jì)寧市,272053; 2.青島科技大學(xué)自動(dòng)化與電子工程學(xué)院,山東省青島市,266042)

帶式運(yùn)輸系統(tǒng)中設(shè)置了各種保護(hù)傳感器,主要為溫度和煙霧傳感器,這些傳感器須具有較高的靈敏性和可靠性,因此設(shè)計(jì)了一套井下帶式輸送機(jī)保護(hù)傳感器動(dòng)作特性測(cè)試系統(tǒng),該系統(tǒng)使用智能模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,并在MCGS組態(tài)軟件上實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果顯示,可以有效且方便地檢測(cè)傳感器的性能。

溫度傳感器 煙霧傳感器 智能模塊 MCGS

1 引言

帶式輸送機(jī)作為井下運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成部分,其工作情況的好壞直接影響到礦井的安全生產(chǎn)。當(dāng)帶式輸送機(jī)工作異常時(shí),電機(jī)溫度會(huì)明顯升高,若不能及時(shí)處理,持續(xù)的高溫還會(huì)導(dǎo)致周圍的橡膠、塑料甚至煤炭等的燃燒并產(chǎn)生煙霧,極有可能引發(fā)井下瓦斯、煤塵爆炸以及火災(zāi)等安全隱患。因此,必須要有相應(yīng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),溫度和煙霧傳感器作為重要的保護(hù)傳感器,其正常工作與否直接決定了整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的好壞。

按照規(guī)定,煤礦必須對(duì)所用溫度和煙霧傳感器進(jìn)行定期測(cè)試,確保所使用的傳感器具有較高的靈敏性和可靠性。以往的測(cè)試手段一般是周期性送到生產(chǎn)廠家,由生產(chǎn)廠家來進(jìn)行測(cè)試,這就造成了送檢時(shí)間長(zhǎng),影響煤礦的正常使用,不能滿足煤礦的需要;而由煤礦自己進(jìn)行測(cè)試又沒有正規(guī)的方法,還需要自行準(zhǔn)備檢測(cè)材料,而且對(duì)溫度和煙霧傳感器的檢測(cè)方法比較粗劣,既保證不了精確度,也不符合煤礦安全生產(chǎn)的要求。

本文根據(jù)溫度與煙霧傳感器的工作原理,研究設(shè)計(jì)了一套井下帶式輸送機(jī)保護(hù)傳感器動(dòng)作特性測(cè)試系統(tǒng),使用MD－8PT模擬量采集模塊、MD－108模擬量采集模塊、NT－1012開關(guān)量輸入/輸出模塊和XMT8008K智能溫控儀等智能模塊,通過RS－485總線與上位機(jī)進(jìn)行通信,在上位機(jī)上使用MCGS組態(tài)軟件完成組態(tài)畫面設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)傳感器動(dòng)作測(cè)試結(jié)果實(shí)時(shí)顯示和記錄,經(jīng)測(cè)試本系統(tǒng)使用效果較好,可以有效地解決煤礦的實(shí)際問題。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

本測(cè)試系統(tǒng)包括電源區(qū)、溫度傳感器動(dòng)作特性實(shí)驗(yàn)區(qū)、煙霧傳感器動(dòng)作特性實(shí)驗(yàn)區(qū)以及上位機(jī)4個(gè)部分。

(1)電源區(qū)負(fù)責(zé)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的供電,提供3種傳感器的工作電壓,分別是12 V、18 V和24 V。

(2)溫度傳感器動(dòng)作特性實(shí)驗(yàn)區(qū)由恒溫箱、NT－1012開關(guān)量輸入/輸出模塊、MD－8PT模擬量采集模塊及熱電阻等組成,恒溫箱由XMT 8008K智能溫控儀控制,將熱電阻放置于恒溫箱中與MD－8PT連接,用來測(cè)量恒溫箱的實(shí)時(shí)溫度并讀取溫控儀的實(shí)時(shí)溫度,以判斷恒溫箱是否正常工作。測(cè)試時(shí),將待測(cè)溫度傳感器的探頭置于恒溫箱中,在MCGS上設(shè)置恒溫箱溫度,由NT－1012開關(guān)量輸入/輸出模塊負(fù)責(zé)采集待測(cè)傳感器的動(dòng)作特性。

(3)煙霧傳感器動(dòng)作特性實(shí)驗(yàn)區(qū)由煙箱、煙霧發(fā)生器、NT－1012開關(guān)量輸入/輸出模塊、MD－108模擬量采集模塊、煙霧傳感器及風(fēng)扇等部分組成。其中,煙霧發(fā)生器以專用發(fā)生煙霧液體作為發(fā)霧原料,用恒溫加熱的方法產(chǎn)生;風(fēng)扇可以使煙箱中煙霧濃度均勻;煙霧傳感器放置于煙箱中使用MD－108與煙霧傳感器連接,可以實(shí)現(xiàn)煙霧濃度的在線監(jiān)測(cè)。測(cè)試時(shí),將待測(cè)煙霧傳感器置于煙箱中,按下煙霧發(fā)生器的開關(guān),由NT－1012開關(guān)量輸入/輸出模塊負(fù)責(zé)采集待測(cè)傳感器的動(dòng)作特性。

(4)上位機(jī)安裝MCGS組態(tài)軟件,通過RS－485總線與各個(gè)模塊通信,控制測(cè)試進(jìn)程、記錄待測(cè)傳感器動(dòng)作時(shí)的溫度與濃度,并通過NT－1012輸出控制對(duì)應(yīng)動(dòng)作指示燈的開關(guān),而且可以打印測(cè)試記錄數(shù)據(jù),方便查詢與統(tǒng)計(jì)。

2.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本測(cè)試系統(tǒng)使用模擬量采集模塊MD－8PT和MD－108實(shí)時(shí)檢測(cè)恒溫箱的溫度和煙箱的煙霧濃度,使用NT－1012開關(guān)量輸入/輸出模塊采集待測(cè)傳感器的動(dòng)作特性。這些采集模塊與智能溫控儀表均采用Mod Bus RTU通訊協(xié)議,通過USB轉(zhuǎn)RS－485模塊與上位機(jī)通信,其主要硬件與通信結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)主要硬件與通信結(jié)構(gòu)

由圖1可以看出,I/O模塊NT－1012為12輸入4輸出模塊,主要用于測(cè)試系統(tǒng)開關(guān)量的采集,主要包括溫度傳感器實(shí)驗(yàn)區(qū)的啟動(dòng)開關(guān)和傳感器輸出節(jié)點(diǎn)以及煙霧傳感器實(shí)驗(yàn)區(qū)的啟動(dòng)開關(guān)和傳感器輸出節(jié)點(diǎn),各個(gè)模塊具體作用如下:

(1)模塊通過RS－485與上位機(jī)通信,上位機(jī)經(jīng)過程序處理后通過I/O模塊NT－1012來控制2個(gè)輸出繼電器,即溫度和煙霧傳感器實(shí)驗(yàn)區(qū)的動(dòng)作指示燈。

(2)MD－8PT是熱電阻輸入模塊,能夠?qū)⒉杉臒犭娮柚禂?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS－485數(shù)據(jù),經(jīng)由RS－485總線將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī),能夠同時(shí)將8路PT100電阻值采集至計(jì)算機(jī),可以與兼容Modbus RTU通信協(xié)議的組態(tài)軟件以及PLC實(shí)現(xiàn)無縫連接。

(3)XMT 8008K智能溫控儀采用計(jì)算機(jī)微電腦技術(shù),支持熱電偶、熱電阻、4～20 m A電流(需外加250Ω的分流電阻)及0～5 V的電壓信號(hào)輸入,具備PID功能與自整定功能,上下限報(bào)警或上上限報(bào)警,兩組模擬量的輸出可用于控制或變送。儀表具備RS－485通訊,可與組態(tài)軟件或觸摸屏連接以方便組態(tài),響應(yīng)時(shí)間小于0.5 s。

(4)MD－108模擬量采集模塊可以采集8路模擬量數(shù)據(jù)(4～20 m A電流/0～5 V電壓),再通過Modbus RTU等相關(guān)協(xié)議進(jìn)行編碼,通過RS－485總線或者TCP/IP網(wǎng)絡(luò)將其傳輸至計(jì)算機(jī)。其內(nèi)部集成的ModbusRTU協(xié)議通用性高,適用范圍廣。MD－108模擬量采集模塊與煙霧傳感器相配合,可以實(shí)現(xiàn)煙霧濃度的在線監(jiān)測(cè)。

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

3.1 軟件的設(shè)計(jì)

本測(cè)試系統(tǒng)軟件分為煙霧傳感器測(cè)試部分和溫度傳感器測(cè)試部分,測(cè)試時(shí)可以通過軟件界面上的選擇按鈕來選擇相應(yīng)的測(cè)試區(qū)。本測(cè)試系統(tǒng)采用MCGS組態(tài)軟件對(duì)采集的信息進(jìn)行處理、顯示和存儲(chǔ),可在測(cè)試過程中對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行在線設(shè)定和修改,MCGS組態(tài)軟件界面包含主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略,組態(tài)軟件設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 MCGS設(shè)計(jì)流程圖

由圖2可以看出,在MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)中,首先是創(chuàng)建工程,接著建立以模塊采集信息及開關(guān)量為內(nèi)容的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫,本項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫中的變量類型可以定義為字符型(煙霧傳感器編號(hào)和溫度傳感器編號(hào)等)、開關(guān)型(電源啟動(dòng)、輸出接點(diǎn)和動(dòng)作指示等)和數(shù)值型(煙霧濃度和溫度等),然后在設(shè)備窗口的設(shè)備工具箱中添加通用串口父設(shè)備和4個(gè)莫迪康ModbusRTU子設(shè)備,分別命名為開關(guān)量模塊、熱電偶模塊(MD－8PT)、煙霧模塊(MD－108)和恒溫箱模塊(XMT 8008K),設(shè)備窗口如圖3所示。

圖3 設(shè)備窗口

由圖3可以看出,串口父設(shè)備中串口端口號(hào)需要根據(jù)實(shí)際上位機(jī)連接的端口進(jìn)行配置,而通訊波特率為9600 bps,數(shù)據(jù)位為8位,停止位為1位,數(shù)據(jù)校驗(yàn)為無校驗(yàn),數(shù)據(jù)采集方式為異步采集,同時(shí)分別為4個(gè)子設(shè)備分配地址0～3,對(duì)每一個(gè)子設(shè)備需要根據(jù)各個(gè)模塊的通訊協(xié)議以及具體使用的通道,進(jìn)行通道連接的設(shè)置。以煙霧模塊MD－108為例,模擬量模塊可以采集8路4～20 ma的信號(hào),根據(jù)廠家提供的資料,模擬通道0～7的地址位0×01～0×08,數(shù)據(jù)為2個(gè)字節(jié),在本項(xiàng)目中使用的是第0號(hào)通道,但在MCGS的ModbusRTU協(xié)議中,第1個(gè)通道是用來檢測(cè)設(shè)備通信的,所以在配置的時(shí)候需要通道值加1,使用的是4區(qū)輸出寄存器,16位無符號(hào)二進(jìn)制,即4WUB0002,其他幾個(gè)模塊設(shè)置同理,通道連接如圖4所示。

當(dāng)完成以上工作之后,就可以構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)的操作界面,在組態(tài)窗口建立歷史表格、實(shí)時(shí)曲線和動(dòng)作按鈕等構(gòu)件,并與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的變量進(jìn)行鏈接,在運(yùn)行策略里添加構(gòu)件編寫相應(yīng)運(yùn)行程序來對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示。最后對(duì)整個(gè)運(yùn)行軟件進(jìn)行測(cè)試,系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖5所示。

由圖5可以看出,圖5(a)和(b)分別為溫度和煙霧傳感器測(cè)試界面,通訊狀態(tài)指示燈顯示當(dāng)前各模塊的通訊狀態(tài)。以溫度傳感器為例,當(dāng)輸入設(shè)定溫度數(shù)值后,單擊確定按鈕來改變恒溫箱溫度;完成一次測(cè)試后單擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄按鈕,記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果;單擊查看當(dāng)天記錄按鈕,可以查看當(dāng)天測(cè)試的數(shù)據(jù);歷史實(shí)驗(yàn)查詢則記錄著所有測(cè)試數(shù)據(jù),可以設(shè)置時(shí)間去查詢某一天的測(cè)試數(shù)據(jù),測(cè)試記錄與查詢?nèi)鐖D6所示。如果需要還可以點(diǎn)擊數(shù)據(jù)報(bào)表打印按鈕,對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行打印。

3.2 部分程序設(shè)定

其中使用循環(huán)策略判斷I/O模塊的輸入變化,控制開關(guān)量模塊的輸出,部分程序如下:

圖4 通道連接窗口

圖5 測(cè)試界面

圖6 測(cè)試記錄與查詢

4 結(jié)語

井下帶式輸送機(jī)保護(hù)傳感器動(dòng)作特性測(cè)試系統(tǒng)操作方便,普通工作人員經(jīng)過簡(jiǎn)單培訓(xùn)就可以進(jìn)行操作測(cè)試,待測(cè)傳感器無需返廠檢測(cè),大大提高了傳感器檢測(cè)的頻率和效率,有效地保證了井下帶式輸送機(jī)安全可靠地運(yùn)行。本測(cè)試系統(tǒng)準(zhǔn)確度高,通過設(shè)置熱電偶和煙霧傳感器不僅保證了檢測(cè)條件的真實(shí)可靠性,杜絕了誤檢測(cè)事件的發(fā)生,而且實(shí)現(xiàn)了煙霧濃度的在線監(jiān)測(cè)。目前,本測(cè)試系統(tǒng)已在淄博礦業(yè)集團(tuán)葛亭煤礦投入使用,運(yùn)行狀況良好。

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(責(zé)任編輯 王雅琴)

表2 工作面人員配置

(3)采用集中自動(dòng)化的控制方式能夠統(tǒng)一分配和調(diào)度,減少誤操作,提高安全系數(shù)。

(4)搭建的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可以將工作面設(shè)備數(shù)據(jù)信息上傳到地面監(jiān)控中心,為生產(chǎn)管理提供重要的數(shù)據(jù)分析資料。

(5)在地面搭建三維虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了井下工作面實(shí)景的三維虛擬動(dòng)畫實(shí)時(shí)展示,為管理人員提供判斷和決策的依據(jù)。

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作者簡(jiǎn)介:田華(1971－),男,寧夏回族自治區(qū)中寧縣人,高級(jí)工程師,現(xiàn)任神華集團(tuán)神華新疆能源有限責(zé)任公司副總經(jīng)理,主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

(責(zé)任編輯 路 強(qiáng))

The research of performance characteristics test system of downhole belt conveyor protection sensors

Liu Yunkai1,Li Jie1,Meng Xiangzhong2,Wang Zhenqi2
(1.Geting Coal Mine,Zibo Mine Group Co.,Ltd.,Jining,Shandong 272053,China; 2.College of Automation and Electronic Engineering,Qingdao University of Science and Technology,Qingdao,Shandong 266042,China)

Belt transport system set up various protection sensors,particularly are temperature and smoke sensors,which must have highly sensitivity and reliability.The current authors designed a performance characteristics test system of downhole belt conveyor protection sensors which using the intelligent modules to collect data and realized displaying the test result in MCGS configuration software.The test system could detect the performance of protection sensors effectively and expediently.

temperature sensors,smoke sensors,intelligent modules,MCGS

TD634.1

A

劉云楷(1962－),男,山東淄博人,工程師,工程碩士,現(xiàn)任淄博礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司葛亭煤礦礦長(zhǎng),主要從事煤礦機(jī)電控制技術(shù)、煤礦綜合自動(dòng)化技術(shù)的研究與設(shè)備管理工作。