薛曉杰

（霍州煤電集團呂梁山煤電公司木瓜煤礦，山西 方山 033199）

1 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

通過查閱相關資料，結合當前刮板輸送機的實際運行情況，可知輸送機雖逐步在向自動化及智能化領域發(fā)展，部分設備也實現(xiàn)了自身的部分自動化遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計，但在使用中仍存在較多問題，主要分析了如下幾點：

1）當前所設計的監(jiān)控系統(tǒng)僅能實現(xiàn)對刮板輸送機部分參數(shù)的就地監(jiān)控，無法將采集數(shù)據(jù)傳輸至遠端的控制中心，也未與整個煤礦監(jiān)控系統(tǒng)進行集成化一體統(tǒng)一設計及遠程管理[1-3]；

2）由于井下環(huán)境的相對復雜，所設計控制系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸過程中存在較大信號干擾，且所采集數(shù)據(jù)的準確性和實時性也相對較差，極容易出現(xiàn)信息誤報問題；

3）設備控制系統(tǒng)所使用的檢測儀器的使用壽命較短，井下抗爆性較差，所采集的數(shù)據(jù)大多都是通過傳統(tǒng)的基頻方式進行傳輸，存在信號傳輸速度較慢、信號失真等問題[4]；

4）設備的監(jiān)控系統(tǒng)大多能實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的顯示，但存在采集及分析處理數(shù)據(jù)無法實時保存、顯示界面內容無法調整的問題，同時，人員無法通過顯示屏對設備的安全控制功能進行操作控制[5]。

為此，有必要以現(xiàn)有的刮板輸送機監(jiān)控系統(tǒng)為設計基礎，對其進行升級設計，以提高整個刮板輸送機的自動化控制水平。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計

結合當前刮板輸送機中監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)框架，開展了系統(tǒng)的升級設計研究。所設計的監(jiān)控系統(tǒng)包括了采集模塊、監(jiān)控分站、傳輸模塊、監(jiān)控總站、顯示界面等部分，采集模塊主要包括電動機功率傳感器、減速器速度傳感器、溫度傳感器、振動傳感器等，可實現(xiàn)對設備運行過程中關鍵參數(shù)的實時采集[6]。系統(tǒng)處理器則采用了西門子的S7-300控制器，可將采集的數(shù)據(jù)進行收集，經(jīng)過內部的信號轉換器，可將電信號轉換為數(shù)字信號，并對數(shù)字信號進行分析、判斷和處理；處理后的信號傳輸至監(jiān)控分站進行數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)存儲及顯示等，若設備發(fā)生相應的故障現(xiàn)象，則該監(jiān)控系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警提示。整套系統(tǒng)包括了電源電路、通訊接口電路、保護電路等部分，輸出電壓選用了DC24V/12V，內部信號則主要通過RS485接口和CAN總線接口進行傳輸，傳輸網(wǎng)絡則是依靠光纖環(huán)網(wǎng)。同時，在各分站處設置了一個外接數(shù)據(jù)接口，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時上傳。另外，選用了KC01-70T型顯示屏，刮板輸送機的各類監(jiān)控參數(shù)將在此顯示屏中進行實時顯示。整個刮板輸送機監(jiān)控系統(tǒng)的總體框架圖如圖1所示。

圖1 刮板輸送機監(jiān)控系統(tǒng)總體框架圖

3 監(jiān)控系統(tǒng)中關鍵部分的設計

3.1 電源電路的設計

整個監(jiān)控系統(tǒng)所采樣的電壓平臺除了采用AC220V電源，主要給整個系統(tǒng)進行供電。同時也采用了直流12 V和24 V電壓平臺，其中，24 V主要為溫度、油壓壓力等方面的傳感器進行直流供電，而監(jiān)控系統(tǒng)的處理器及內部運行電路則主要采用了12 V電壓進行供電。為保證整個系統(tǒng)的正常供電，采用了礦用本安直流電源轉換器，可將外界的AC220電源轉換為12 V和24 V電壓，監(jiān)控系統(tǒng)中的電源電路圖如圖2所示。為實現(xiàn)電源內部電路的有效隔離，匹配了電源隔離模塊，可將電壓轉換為調理的電源供電，圖2中的U1、U2、U3、則為選用的電源隔離模塊。另外，為防止電源出現(xiàn)反接，降低對其他部件的損壞，電路中設計了D1、D2二極管。

圖2 電源電路電路圖

3.2 通訊接口電路的設計

由于RS-232串行接口的傳輸速率高，可實現(xiàn)最遠20 m的信號傳輸，能夠保證刮板輸送機內部采集單元之間的有效通訊，同時，能節(jié)約CPU更多的串口資源。為此，對監(jiān)控系統(tǒng)的通訊串行接口電路進行了設計。在電路設計中，將CPU的RX端與電路中U2的D1端進行有效連接，控制鍵盤則主要與U2的S1A端進行連接，顯示屏則與U2的S1B端進行連接，當S1B導通時，CPU的RX端則可實現(xiàn)與RS-232接口進行連接。監(jiān)控系統(tǒng)通訊接口電路如圖3所示。

圖3 通訊接口電路圖

3.3 通信保護電路的設計

由于井下環(huán)境的惡劣性，加上刮板輸送機經(jīng)常會超負荷運行，極容易使其出現(xiàn)各類故障現(xiàn)象。為有效保護整個監(jiān)控系統(tǒng)的安全運行，設計了一套通訊保護電路。當監(jiān)控系統(tǒng)運行時出現(xiàn)過流或過壓時，此保護電路即可啟動，實現(xiàn)對非故障電路的快速屏蔽，以有效避免系統(tǒng)中其他電路出現(xiàn)故障損壞，保證系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。整個通訊保護電路圖如圖4所示。

圖4 通訊保護電路設計

3.4 顯示屏的選型設計

顯示屏是整個監(jiān)控系統(tǒng)中的關鍵部件，通過顯示屏，能實現(xiàn)對設備運行參數(shù)、異常報警信息、歷史數(shù)據(jù)查詢、報警記錄等操作，并能通過顯示界面對刮板輸送機相關的報警參數(shù)進行遠程設置、采集及處理數(shù)據(jù)的實時保存。為此，選用了KC01-70T型顯示屏，實物圖如圖5所示。該顯示屏為7寸的液晶顯示，設置有RS485、RS232及以太網(wǎng)等通訊接口，能實時接收各類通信協(xié)議傳遞的信號；同時，顯示器內部則采用了Modbus標準協(xié)議，可通過專門的編程軟件對顯示屏中的顯示內容及數(shù)據(jù)進行編寫及調整。

圖5 KC01-70T型顯示屏

4 監(jiān)控系統(tǒng)的應用效果

在完成監(jiān)控系統(tǒng)的全面設計后，為進一步掌握系統(tǒng)的綜合性能，對該監(jiān)控系統(tǒng)進行了將近半年的應用測試，主要將該監(jiān)控系統(tǒng)安裝在SGZ1000型刮板輸送機中。在運行過程中，該監(jiān)控系統(tǒng)能全面地對設備的軸承溫度、油溫、液壓油流量、工作壓力等參數(shù)進行實時采集及數(shù)字化顯示，系統(tǒng)根據(jù)設備的運行情況，執(zhí)行設備的綠色預警、紅色報警等不同等級提示，同時系統(tǒng)根據(jù)故障情況自動進行切斷。人員則可根據(jù)故障類型和發(fā)生位置及原因，有針對性地對設備進行維修操作。同時，也將相關參數(shù)進行了實時保存，根據(jù)需求形成相應的歷史曲線。據(jù)人員介紹，該監(jiān)控系統(tǒng)的成功應用，使得刮板輸送機的故障發(fā)生率降低了50%左右，大大提高了設備的煤礦開采效率，人員的勞動強度也明顯降低。監(jiān)控系統(tǒng)整體運行情況達到了預期效果，得到了人員的一致認可。監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場運行界面圖如圖6所示。

圖6 監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場運行界面圖