孫 超

(神東煤炭集團(tuán)大柳塔煤礦，陜西 神木 719315)

0 引言

當(dāng)前，井工煤礦生產(chǎn)的煤炭主要通過膠帶機(jī)一級搭接一級地運(yùn)輸至煤倉，因而膠帶運(yùn)輸機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與煤礦的生產(chǎn)效率息息相關(guān)[1-5]。如何在低成本的情況下，通過科學(xué)手段升級改造現(xiàn)有設(shè)備，讓設(shè)備在運(yùn)行的整個(gè)生命周期內(nèi)安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行成為當(dāng)下的主要研究對象。近年來對膠帶機(jī)的自動化升級改造、集中監(jiān)控和控制成為膠帶機(jī)的發(fā)展趨勢[6-10]。如何讓膠帶機(jī)能夠較好地用遠(yuǎn)程控制的方式運(yùn)行，只有在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確傳輸?shù)那闆r下才能實(shí)現(xiàn)。通過對大柳塔煤礦5-2煤上倉膠帶機(jī)的改造，介紹膠帶機(jī)驅(qū)動滾筒溫度及振動在線監(jiān)測改造實(shí)施過程。

1 膠帶機(jī)改造前概況

大柳塔煤礦5-2煤上倉膠帶機(jī)(002膠帶機(jī))于2011年7月投產(chǎn)使用，日運(yùn)煤量10萬t，是該礦5-2煤的主要運(yùn)輸設(shè)備。若設(shè)備損壞更換需用時(shí)8 h，則嚴(yán)重影響當(dāng)日生產(chǎn)任務(wù)。目前已通過對磁力啟動器和膠帶機(jī)控制器的改造實(shí)現(xiàn)上位機(jī)集中遠(yuǎn)程控制。膠帶機(jī)示意圖及具體參數(shù)，如圖1所示。

圖1 大柳塔煤礦大井5-2煤上倉膠帶機(jī)示意圖

膠帶機(jī)運(yùn)量為5 000 t/h，帶速為4.5 m/s，帶寬為2.0 m，傾角為11°，運(yùn)輸長度為(長×寬×高)=262 m×4.3 m×3.7 m；提升高度為53 m。

2 改造實(shí)施方案

大柳塔煤礦大井5-2煤自動化系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)為千兆以太網(wǎng)工業(yè)環(huán)網(wǎng)，主要PLC設(shè)備位于主井變電所內(nèi)采用Rockwell公司ControlLogix系列設(shè)備。

通過實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)上倉驅(qū)動滾筒在安裝時(shí)滾筒均未預(yù)埋溫度傳感器和振動傳感器，現(xiàn)需增加振動傳感器和溫度傳感器，達(dá)到對上倉膠帶機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測監(jiān)控，從而消除監(jiān)控盲點(diǎn)。

在大柳塔煤礦上倉驅(qū)動滾筒上安裝礦用本安型表面溫度傳感器。在滾筒兩側(cè)安裝振動傳感器，監(jiān)測X軸和Y軸方向振動。

2.1 設(shè)備選型

傳感器選型：此次改造為上倉膠帶機(jī)，選用的改造設(shè)備必須遵循礦用產(chǎn)品使用要求。

溫度傳感器選型：在不破壞原有設(shè)備性能的條件下，此次改造使用的高強(qiáng)度磁鐵吸附式溫度傳感器，避免破壞原有設(shè)備結(jié)構(gòu)影響設(shè)備整體性能。此次選用的GWP 200型傳感器，核心元件為PT 100鉑熱電阻，PT 100溫度傳感器是一種將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號的儀表，適用于對煤礦機(jī)電設(shè)備的溫度進(jìn)行連續(xù)測量，在具有爆炸性氣體的混合物場所中使用，傳遞溫度的電信號，為電機(jī)軸承專用感溫器，也可測量其它機(jī)電設(shè)備的溫度變化情況?？膳c多種需要測量表面溫度的監(jiān)測系統(tǒng)配套使用。

溫度傳感器檢測模塊選型：本次選用恩泰科公司的XM 361動態(tài)溫度監(jiān)測模塊，讀取到溫度傳感器上傳的電阻信號，通過標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)DeviceNet通訊方式，將數(shù)據(jù)映射到就近PLC內(nèi)部寄存器中，PLC處理器利用自身的背板通訊將數(shù)據(jù)快速處理，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳至綜合自動化系統(tǒng)平臺。

振動傳感器選型：選用原則與溫度傳感器相同，所選產(chǎn)品優(yōu)先選用磁體吸附式礦用產(chǎn)品。文中選用的振動傳感器內(nèi)裝IC集成電路放大器的振動加速度傳感器，通過礦用阻燃電纜連接信號調(diào)理模塊，由本安電源信號調(diào)理模塊供電，根據(jù)礦用電氣產(chǎn)品本安電氣要求設(shè)計(jì)的信號調(diào)理板由本安供電調(diào)理模塊供電，從而為振動加速度傳感器供電，并實(shí)現(xiàn)振動信號的調(diào)理功能。該儀器在本安試驗(yàn)中測得的本安參數(shù)分別為：本安電壓DC21V，本安電流65 mA，本安電容0 μF，本安電感0 mH。

振動傳感器檢測模塊選型：選用恩泰科公司所產(chǎn)的XM 124動態(tài)監(jiān)測模塊作為數(shù)據(jù)采集終端，接入振動檢測裝置輸出的振動信號，同時(shí)測量FFT和時(shí)間波形，同步或者異步，每個(gè)通道4個(gè)波段。數(shù)據(jù)接入到動態(tài)模塊內(nèi)，在通過標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)DeviceNet通訊方式，將數(shù)據(jù)映射到就近的PLC內(nèi)部寄存器中，PLC處理器利用自身的背板通訊將數(shù)據(jù)快速處理，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳到綜合自動化系統(tǒng)平臺。

2.2 主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

溫度傳感器(GWP200)：量程—0～200 ℃；感溫元件—PT 100；供電電源—無源式；精度—B級；環(huán)境溫度—-20～65 ℃；固定方式—M6螺紋固定/磁鐵式；防爆類型—礦用本質(zhì)安全型；防爆標(biāo)志—Exib I。

溫度監(jiān)測模塊(XM-361)：通訊方式—DeviceNet；波特率—根據(jù)網(wǎng)絡(luò)波特率自動設(shè)定125/250/500 kb；輸入信號—6通道熱電阻或熱電偶信號；輸出信號—4～20 mA/每通道對應(yīng)一路輸出；狀態(tài)燈—8LEDS MS/NS/通道狀態(tài)；電源—21.6～26.4 VDC，最大電流400 mA；工作溫度—-20～65 ℃；存儲溫度—-40～85 ℃；尺寸—H×W×D=97 mm×94 mm×94 mm；認(rèn)證—UL/CSA/EEX/CE/C-Tick。

動態(tài)監(jiān)測模塊(XM-124)：通訊接口—DeviceNet；波特率—根據(jù)網(wǎng)絡(luò)波特率自動設(shè)定125/250/500 kb；輸入信號—2通道電壓輸入信號，-10～10 VDC；輸出信號—4～20 mA/每通道對應(yīng)一路輸出；測量—FFT和時(shí)間波形，同步或者異步，每通道4波段；狀態(tài)燈—MS/NS/每通道狀態(tài)燈；電源—24 VDC，最大電流350 mA；工作溫度—-20～65 ℃；存儲溫度—-40～85 ℃；尺寸—H×W×D=94 mm×94 mm×94 mm；認(rèn)證：c-UL-us/CE/Ex/KC/C-Tick。

振動檢測裝置(GBC1000)：靈敏度—5 mV/ms2；測量范圍—1～10 kHz；測量加速度范圍—0～50 g；輸出電壓范圍—-5 V～5 VDC；電源—18～30 VDC；外殼防護(hù)等級—IP54；防爆類型—礦用本質(zhì)安全型。

根據(jù)實(shí)地考察，驅(qū)動滾筒溫度和振動數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的溫度監(jiān)測模塊與振動檢測裝置接入最近的主井變電所PLC柜，通過此變電所的PLC處理器上傳數(shù)據(jù)，PLC柜通過TCP/IP協(xié)議與綜合自動化系統(tǒng)平臺相連。溫度、振動傳感器組網(wǎng)方式：通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接入綜合自動化系統(tǒng)平臺。設(shè)備安裝及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 數(shù)據(jù)點(diǎn)

模擬量輸出：傳感器傳輸數(shù)據(jù)為模擬量輸出，數(shù)據(jù)點(diǎn)有：1#驅(qū)動滾筒左溫度、1#驅(qū)動滾筒右溫度、1#驅(qū)動滾筒左X軸振動幅值、1#驅(qū)動滾筒左Y軸振動幅值、1#驅(qū)動滾筒右X軸振動幅值、1#驅(qū)動滾筒右Y軸振動幅值。

報(bào)警：通過平臺設(shè)置各個(gè)模擬量報(bào)警值，系統(tǒng)會自動生成開關(guān)量數(shù)據(jù)用于組態(tài)畫面報(bào)警，報(bào)警后聯(lián)鎖響應(yīng)，開關(guān)量數(shù)據(jù)有：1#驅(qū)動滾筒左溫度超限報(bào)警點(diǎn)、1#驅(qū)動滾筒右溫度超限報(bào)警點(diǎn)、1#驅(qū)動滾筒左X軸振動幅值超限報(bào)警點(diǎn)、1#驅(qū)動滾筒左Y軸振動幅值超限報(bào)警點(diǎn)、1#驅(qū)動滾筒右X軸振動幅值超限報(bào)警點(diǎn)、1#驅(qū)動滾筒右Y軸振動幅值超限報(bào)警點(diǎn)。

綜合自動化系統(tǒng)平臺組態(tài)使用相關(guān)軟件：通過PLC上傳的溫度、振動數(shù)據(jù)利用現(xiàn)有Rockwell公司ControlLogix的系統(tǒng)平臺下的RSLINX橋接軟件配置相關(guān)的通訊接口模塊，增加對應(yīng)的傳感器接入綜合自動化系統(tǒng)平臺，然后通過RSVIEW組態(tài)軟件將數(shù)據(jù)以圖表等形式直觀的展現(xiàn)。

綜合自動化平臺與數(shù)字礦山統(tǒng)一平臺對接方式：開放綜合自動化系統(tǒng)PLC數(shù)據(jù)接口，通過RSLINX內(nèi)的OPC后臺服務(wù)開通建立通訊機(jī)制，OPC是以O(shè)LE/COM機(jī)制作為應(yīng)用程序的通訊標(biāo)準(zhǔn)，打開RSLINX OPC服務(wù)，尋找通訊數(shù)據(jù)地址，將需求變量復(fù)制到數(shù)據(jù)列表中，就可以通過本地在線連接所需要的數(shù)據(jù)變量。數(shù)字礦山統(tǒng)一平臺構(gòu)建OPC Client服務(wù)器接收來自綜合自動化系統(tǒng)平臺溫度和振動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，構(gòu)建Client服務(wù)器將所收取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)，并通過利用IEC104 Daemod協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件將所需數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)字礦山統(tǒng)一平臺實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器，統(tǒng)一平臺人機(jī)界面系統(tǒng)直接調(diào)取并直觀的顯示到監(jiān)測大屏中。

3 結(jié)語

通過改造，數(shù)字礦山統(tǒng)一平臺能夠?qū)Υ罅旱V5-2煤上倉膠帶機(jī)驅(qū)動滾筒的溫度和振動數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，并通過曲線記錄和長時(shí)間的振動信號監(jiān)測設(shè)置報(bào)警值，一旦超限，進(jìn)行報(bào)警，進(jìn)一步結(jié)合離線點(diǎn)檢儀進(jìn)行頻譜分析診斷出具體的故障點(diǎn)，監(jiān)控畫面由礦內(nèi)調(diào)度值班人員24 h監(jiān)控，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題第一時(shí)間通知使用區(qū)隊(duì)科學(xué)檢修處理現(xiàn)場問題，可以達(dá)到預(yù)防性維護(hù)的功能。在系統(tǒng)新功能的實(shí)施過程中，利用原有系統(tǒng)的統(tǒng)一平臺，節(jié)約了成本，最終大幅度地提高礦井綜合自動化的整體技術(shù)水平。

此次改造為原有功能上的一次升級，通過升級完善原有自動化系統(tǒng)，能夠更全面、更有效地監(jiān)測監(jiān)控礦井的膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行情況，提高礦井運(yùn)輸環(huán)節(jié)的透明度，縮短故障診斷時(shí)間，具有較好的社會、經(jīng)濟(jì)效益，并且具有很強(qiáng)的移植性和推廣應(yīng)用前景。