田嘉俊， 任利冬， 龐啟云

（山西煤炭運銷集團(tuán)金達(dá)煤業(yè)有限公司， 山西 孝義 032300）

引言

煤炭是我國消費結(jié)構(gòu)中占比最多的能源之一，在未來一段時間內(nèi)，煤炭生產(chǎn)過程的安全性與可靠性將關(guān)系到我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性[1]。綜采工作面逐漸向自動化、無人化與智能化方向發(fā)展，但是由于工作面環(huán)境復(fù)雜，隨著采掘過程的推進(jìn)，對工作面機(jī)電設(shè)備的工作性能提出了很高的要求[2-3]。刮板輸送機(jī)為綜采三機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備之一，負(fù)責(zé)工作面煤炭的運輸工作，為了實現(xiàn)煤炭的高效、安全開采，應(yīng)當(dāng)保證刮板輸送機(jī)運行的可靠性[4-5]。本文設(shè)計了一種煤礦刮板輸送機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)，方便井上與井下工作面的信息傳輸與調(diào)度指揮工作。

1 監(jiān)測系統(tǒng)的硬件部分

1.1 硬件整體結(jié)構(gòu)（見圖1）

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

本監(jiān)測系統(tǒng)主要由PLC 處理器、工控上位機(jī)、供電單元、存儲單元、驅(qū)動單元、觸摸屏、報警裝置與傳感器單元等組成。傳感器采集刮板輸送機(jī)工作參數(shù)與各零部件環(huán)境參數(shù)等，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號傳輸?shù)絇LC 處理器。PLC 通過分析數(shù)據(jù)，監(jiān)測設(shè)備的運行工況，通過驅(qū)動單元與報警裝置控制電機(jī)的啟停與故障的報警。系統(tǒng)具有存儲單元與觸摸屏，方便操作人員對設(shè)備工況的直觀監(jiān)測與監(jiān)測系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整設(shè)定。PLC 處理器作為監(jiān)控分站安裝于井下，工控上位機(jī)安裝于井上，通過以太網(wǎng)通訊實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸共享。為了減小頻繁啟動對設(shè)備的沖擊，系統(tǒng)采用軟啟動變頻驅(qū)動單元，利用液力耦合器連接電機(jī)與減速器，延長了電機(jī)的使用壽命。

1.2 主要硬件設(shè)備選型

PLC 處理器通過邏輯掃描運行內(nèi)存中的程序，具有編程簡單、體積小、維護(hù)方便的優(yōu)點。本文選用西門子S7-300 型PLC，由CPU 模塊、以太網(wǎng)通信模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊與模擬量輸入模塊等組成。觸摸屏選用MCGS 觸摸屏，具有以太網(wǎng)接口、RS485與RS232 接口、兩個USB 接口，采用24 V 直流電源供電，通過嵌入式組態(tài)軟件可將界面下載到觸摸屏，完成數(shù)據(jù)的采集記錄等工作。工控上位機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控作用，完成數(shù)據(jù)的存儲與打印功能，系統(tǒng)選用IPC-610H 型上位機(jī)，具有19 寸彩色顯示器，主頻3 GHz，組態(tài)軟件為FC V7.0，編程方式靈活，可提高系統(tǒng)的監(jiān)控效率[7-8]。

1.3 傳感器監(jiān)測信號的選型

傳感器單元所需采集的信號主要有位移信號、速度信號與溫度信號等。刮板鏈的運行狀態(tài)主要可通過檢測兩個刮板通過某個點的時間間隔判斷。本系統(tǒng)在機(jī)頭、機(jī)尾與中間部分安裝三個電刷，通過PLC 控制器直接供電，當(dāng)刮板鏈正常工作時，兩個刮板鏈通過電刷的時間間隔為固定范圍，當(dāng)時間間隔超出范圍后，判定刮板鏈故障。系統(tǒng)利用磁致伸縮位移傳感器，監(jiān)測機(jī)頭機(jī)尾的翹翻故障，當(dāng)檢測到機(jī)頭或機(jī)尾離地超過200 mm 時，系統(tǒng)判定發(fā)生故障。

系統(tǒng)采用PT100 型熱敏電阻溫度傳感器測量電機(jī)的溫度信號，可測溫范圍0～200 ℃，主要測量電機(jī)的軸承與繞線部位，當(dāng)電機(jī)溫度超過80 ℃時，判定電機(jī)過熱故障。系統(tǒng)通過在減速器機(jī)箱下螺紋孔內(nèi)安裝溫度傳感器，測量減速器的油溫信號，當(dāng)溫度超過90 ℃時，系統(tǒng)判定減速器油溫過高。系統(tǒng)選用GUY30 液位傳感器監(jiān)測減速器內(nèi)潤滑油的液位高度，從而判定是否發(fā)生漏油故障。系統(tǒng)采用GMP-D轉(zhuǎn)速傳感器測量電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速，判斷電機(jī)是否無法正常啟動，轉(zhuǎn)速傳感器的測量范圍為0～2 000 r/min。

2 監(jiān)測系統(tǒng)的軟件部分

本文利用博途V14 軟件對PLC 程序進(jìn)行開發(fā)設(shè)計，利用模塊化編程方式，采用直觀的梯形圖編譯。監(jiān)測系統(tǒng)的軟件部分主要實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定、信號采集監(jiān)測、自動控制與報警等功能，系統(tǒng)主程序流程圖如圖2 所示。系統(tǒng)初始化為監(jiān)測系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，當(dāng)系統(tǒng)檢測到刮板鏈速大于1 m/s，信號采集設(shè)備與通訊系統(tǒng)正常工作時，系統(tǒng)初始化完成，否則需對系統(tǒng)故障進(jìn)行解決與處理。在刮板機(jī)正常運行期間，系統(tǒng)通過各傳感器單元實時采集刮板鏈速、電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速、電機(jī)工作溫度、減速器內(nèi)潤滑油溫度與液位高度等信號，通過與系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)定值比較，從而判斷刮板輸送機(jī)是否發(fā)生故障及故障類型與部位。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到故障發(fā)生時，PLC 通過報警裝置，以警示燈閃爍與鳴笛的方式向工作人員發(fā)出警告，通過驅(qū)動單元控制刮板機(jī)減速停機(jī)。

3 結(jié)語

本文針對綜采工作面刮板輸送機(jī)設(shè)計的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)通訊完成井上的遠(yuǎn)程調(diào)度指揮工作。系統(tǒng)利用傳感器單元采集刮板輸送機(jī)各故障信號，通過PLC 控制器與軟起動單元實現(xiàn)故障在線診斷與控制功能，為刮板輸送機(jī)安全穩(wěn)定的運行提供了數(shù)據(jù)保障。

圖2 系統(tǒng)軟件主程序