刮板輸送機自動化監控系統的應用

張小強

（山西新元煤炭有限責任公司， 山西 壽陽 045400）

引言

在煤礦綜采工作面中，依靠設置在工作面兩端的刮板輸送機將采煤機截割或放頂支架放落產生的原煤運輸出采煤區，再通過轉載機和皮帶運輸機將運煤輸送到井底煤倉或地面，因此刮板輸送機是煤礦關鍵的運輸設備之一[1]。而在地下煤礦的實際生產中，由于工作面昏暗潮濕，一般采用饋電開關對管板輸送機進行遠程操控開關，缺乏有效的監控措施。由于刮板輸送機的自動化程度過低，存在如下缺陷：一是無論有無原煤產出，管板輸送機一直處于運轉狀態，造成電能的大量損失；二是當出現鏈條卡阻時，如未及時關閉刮板輸送機的電源會造成鏈條斷裂或電機燒毀等；三是重載與輕載時均為勻速運轉，導致刮板輸送機磨損加速[2]。由于采用自動監控系統的刮板輸送機具有智能調節輸送能力、減少無用功、遠程控制、智能監測、自動保護和故障預報警等功能，因此被廣泛地用于綜采工作面的原煤運輸作業，為煤礦的開采效率和安全生產提供保障。

1 問題概況

某礦3016綜采工作面在采煤段首尾均設置有一部中雙鏈PF6/1142型刮板輸送機，器驅動電機的功率為1050 kW，最大可提供450 kN·m的轉矩。通過饋電開關控制刮板輸送機的運轉，無調速功能。在2016年3～9月期間，由于卡矸導致電機燒毀2次，鏈條斷裂6次，導致有效生產工時損失36 h，給該礦造成了巨大的經濟損失。

2 刮板輸送機自動監控系統硬件配置

由于3016綜采工作面回采段首尾采用管板輸送機的型號相同，因此采用并行兩套同樣的自動監控系統對刮板輸送機進行控制。現以前部刮板輸送機自動監控系統為例進行分析。如圖1所示，為刮板輸送機自動監控系統的各部件之間的連接圖。刮板輸送機自動監控系統的硬件部分包括分散控制的減速機驅動控制器、圖文顯示器和傳感器配電箱等。

圖1 刮板輸送機自動監控系統硬件配置圖

由圖可知，每個圖文顯示器與驅動控制器都連接在同一條Probfibus總線上。每個采用自動監控系統的刮板輸送機配有3部圖文顯示器，其中圖文顯示器1設置在井下綜采工作面的集中控制室中，而圖文顯示器2和圖文顯示器3分別安裝在刮板輸送機首尾的掛板上。驅動控制器1和驅動控制器2也分別安裝在刮板輸送機首尾的驅動電機上，利用通信電纜將驅動控制器與安裝在CST減速機內對應的傳感器配電箱連接。所有控制器與傳感器最終均連接到線路終端。通過線路終端對刮板輸送機的狀態進行檢測，只有當刮板輸送機的各項參數處于正常時，操作人員才可通過旋轉安裝在集中控制器上的啟車旋鈕控制刮板輸送機的運轉。

安裝的圖文顯示器與驅動控制器上設有12個接口。1號接口為允許啟車信號接入口，該接口與光電耦合器連接，依靠耦合器的通閉控制輸送機能否啟車；2號與4號接口為預留信號交換接口；5號和6號位備用接口；7號和8號為現場總線接口，通過這兩個接口連接RXD和TXD串口，圖文顯示器和驅動控制器通過此接口進行信號交流；9號～11號為信號接入口，通過這三個接口接入刮板輸送機的電流和功率信號，對刮板輸送機的狀態進行檢測；12號為電源接口，為設備提供電力。

2.1 圖文顯示器與驅動控制器

在圖文顯示器上可以實時展現各項傳感器檢測到刮板輸送機的參數，控制人員可以通過圖文顯示器了解到刮板輸送機運行是否正常。由于3臺顯示器連接在一條Profibus總線上，所以顯示的內容一樣。一旦系統檢測到刮板輸送機出現故障就會在圖文顯示器上顯示報警界面并發出警報聲，提醒工作人與及時進行檢修。

驅動控制器是刮板輸送及實現自動化監控的關鍵設備。所有的傳感器配電箱均接入驅動控制器。驅動控制器可自行對各傳感器檢測到的信息與額定數據進行對比，一旦傳感器傳輸來的信號不在額定范圍內就會自動判定刮板輸送機出現故障并發出警告，然后控制圖文顯示器顯示故障界面。

該系統每次運行時都會給每個接入設備分配一個序列號，然后將其接入對應的驅動控制器并激活，以便進行數據通訊。利用循環冗余檢驗程序來檢驗控制系統內的數據傳輸是否正確，并且采取全雙工通信模式。當接入系統的設備沒有被激活時，此設備無法被系統識別，通信線路中就會出現不同的循環冗余檢驗代碼，刮板輸送機控制系統就無法運行。此時可利用現場總線來檢測有多余的設備接入系統，依靠對比發出和接受代碼設備數量的不同就可判定現場總線出現故障。

2.2 傳感器

在傳感器配電箱上設有16個信號接入口，其中11個為常用接口，5個為備用接口。通過常用接口接收不同傳感器的輸入信號可以實時檢測到驅動電機的輸入轉速、CST減速機的輸出轉速、濾油器的壓差、冷卻油的壓力、系統油壓、聯軸器內的壓力、液壓盤內的壓力、液壓油的溫度、聯軸器片的溫度、聯軸器內的油溫和減速機內的油位信息等信號。

3 刮板輸送機自動監控系統軟件設計

刮板輸送機自動監控系統的軟件部分包括系統顯示菜單和系統控制流程兩部分。

3.1 系統顯示菜單

如圖2所示，圖文顯示器的菜單系統采用分層設計。在此系統中，頂上為表層菜單，該層可以顯示驅動系統的所有功能，不針對某一具體圖文顯示器和驅動控制系統。菜單的第二層有圖文顯示器和驅動控制器兩部分，分別可以使用圖文顯示器和驅動控制器的所有功能；在菜單底層對某一個圖文顯示器和驅動控制器進行特定操作，并且還可以在此界面設置某一圖文顯示器顯示的參數和驅動控制系統的功能。

圖2 系統顯示菜單設計圖

3.2 系統控制流程設計

刮板輸送機自動控制系統的系統控制流程如圖3所示。由圖可知，當發出啟動輸送機的信號后，自動控制系統會先判別是否有停車信號（外部緊急停車信號或內部停車信號），當存在停車信號時，刮板輸送機處于關閉狀態；當不存在停車信號時，系統則判定電機是否處于待機狀態（此時電機未運轉，傳感器檢測的各項參數處于正常范圍，且控制系統內通訊正常）。若處于待機狀態，操作人員可按下啟動鍵發出啟車信號，電機隨之運轉。

圖3 系統控制流程圖

由于在設計時為保證刮板輸送機的動力充足，因此在其首尾均設有一臺驅動電機。為避免不必要的電能損失，現設置為兩臺驅動電機在正常情況下錯開運轉時間。在傳感器檢測到負載較重時，啟動控制器控制兩臺驅動電機同時運轉。并且當刮板輸送機處于停車狀態時，其底部的鏈條為松弛狀態。在電機啟動時會由于底部存在存鏈而導致啟動阻力增大，對電機造成損害。通過設置安裝在刮板輸送機尾部先于頭部的電機啟動來消除此阻力。

當輸送機工作時間過長，傳動鏈條就會因為內部的拉應力而伸長，不利于輸送機的穩定運行?，F設置緊鏈器來拉緊鏈條消除鏈條松弛的狀態。但由于緊鏈器進行張緊鏈條需要消耗一定的時間，因此設置一個緊鏈器延遲時間以實現緊鏈器同步（在預設的時間內通過向沒有連接緊鏈器的驅動控制器發出緊鏈過程結束的信號來使系統判定緊鏈器處于同步狀態），若緊鏈器未同步，輸送機就會停機。

由于刮板輸送機采用的是通過液壓聯軸器連接驅動電機和減速機的設計，因此電機啟動需要先對液壓聯軸器進行預充壓，并且對預加壓設置一個期限，在預定期限內聯軸器完成預充壓的信號會進入驅動控制器，反之則無法啟動。

4 現場應用

2017年3月，該礦3016綜采工作面的刮板輸送機完成了該自動監控系統的建設，在為期6個月的工業試驗期間，由于自動監控系統及時并報警提醒工作人員檢修，未出現一次斷鏈、電機燒毀或鏈條阻卡事故，避免了有效工時的損失?，F已在其余綜采工作面的刮板輸送機上進行了安裝應用。

5 結語

刮板輸送機自動監控系統的成功實踐表明，自動監控系統具有優良的啟動性能和監控能力，傳感器與驅動控制的有機結合以及科學的軟件設計，可以使刮板輸送機安全高效地運行，避免刮板輸送機出現故障，為煤礦的穩定生產提供保障。