關(guān)于HD-400型礦用帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計

劉建英

(大同煤礦集團(tuán) 云岡礦，山西 大同 037017)

帶式輸送機(jī)作為煤礦開采中的主要運輸設(shè)備，憑借其結(jié)構(gòu)簡單、作業(yè)效率高、性能穩(wěn)定可靠等特點，在煤礦得到廣泛應(yīng)用[1]。隨著計算機(jī)、通訊、檢測等技術(shù)的不斷發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)也被應(yīng)用到了帶式輸送機(jī)中，以此來實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控和保護(hù)。但隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，加上井下環(huán)境的惡劣性，導(dǎo)致現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)無法滿足當(dāng)下設(shè)備的作業(yè)需求，保證設(shè)備具有更高的運行狀態(tài)，使得對監(jiān)控系統(tǒng)的綜合性能提出了更高要求[2]。為此，本文結(jié)合現(xiàn)有HD-400型礦用帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，對其進(jìn)行了改進(jìn)，通過試驗測試，所改進(jìn)后的監(jiān)控系統(tǒng)對帶式輸送機(jī)的作業(yè)效率及安全提供了重要保障。

1 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)存在問題

監(jiān)控系統(tǒng)在HD -400型礦用帶式輸送機(jī)中的廣泛應(yīng)用，大大提高了設(shè)備的運行效率及作業(yè)安全。但隨著技術(shù)的不斷提升，加上井下作業(yè)環(huán)境惡劣性，導(dǎo)致現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)在運行過程中存在一定的局限性，監(jiān)控范圍窄、信息誤報現(xiàn)象時有發(fā)生，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1) 帶式輸送機(jī)打滑故障檢測不及時。膠帶通過與滾筒的相互摩擦接觸，在摩擦力作用下，膠帶進(jìn)行傳輸作業(yè)。當(dāng)兩部件之間的摩擦力不足時，則會造成膠帶發(fā)生打滑故障，并使部件的溫度明顯上升。而現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)對膠帶的打滑監(jiān)測方面存在監(jiān)測不及時、精度較低問題，不能及時對打滑故障進(jìn)行實時監(jiān)測，且監(jiān)控系統(tǒng)也未對膠帶打滑時產(chǎn)生的溫度進(jìn)行監(jiān)測，對設(shè)備的運行安全構(gòu)成了嚴(yán)重的安全隱患[3]。

2) 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵模塊，采用的是以前設(shè)計的模塊，隨著部件長時間使用，加上技術(shù)的不斷提升，這些模塊已不同程度地出現(xiàn)了設(shè)備老化、響應(yīng)不及時、以及精度較低、功能單一等問題，無法較好地滿足當(dāng)下帶式輸送機(jī)的安全作業(yè)需求。

3) 由于監(jiān)控系統(tǒng)的長期使用，導(dǎo)致其運行時經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備溫度過高、電壓過大、膠帶轉(zhuǎn)速過慢等信息的誤報現(xiàn)象，并由此產(chǎn)生相應(yīng)的急?；驁缶崾荆o設(shè)備的正常運行帶來了嚴(yán)重影響[4]。

4) 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)在人機(jī)顯示及報警方面也存在一定的不足，顯示界面設(shè)計單一，不能將設(shè)備運行的關(guān)鍵參數(shù)及信息進(jìn)行實時顯示，且報警功能也相對單一，僅能發(fā)出一級報警，而不能根據(jù)故障的嚴(yán)重程度發(fā)出相應(yīng)的不同等級的報警提示[5]。

綜上分析，針對帶式輸送機(jī)現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足，對其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計，成為當(dāng)下提高設(shè)備作業(yè)效率及運行安全關(guān)鍵。

2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分改進(jìn)設(shè)計

帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括了硬件部分和軟件部分，其中，硬件部分主要配備了PLC控制器、控制主站、各類傳感器(溫度、速度、煙霧、電壓等)、通訊電纜、配電柜等，通過各部件的相互連接，組成了監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分。而軟件部分則主要包括設(shè)備的控制程序、報警程序、主控界面等方面內(nèi)容。下面就該監(jiān)控系統(tǒng)中硬件和軟件的主要部分進(jìn)行介紹。

2.1 PLC控制器的設(shè)計

PLC控制器是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心，主要起到對設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、信號處理、動作控制及運行狀態(tài)監(jiān)控等作用。通過對市場上不同型號PLC控制器的對比選型，選用了運算能力強、控制精度高、成本低的S7-400系列的PLC控制器[6]。該控制器的輸入信號均在 4～20 mA范圍內(nèi)，可通過內(nèi)部的整流器，將220 V的工業(yè)電轉(zhuǎn)換為24 V的直流電，能較為方便地與外部電源進(jìn)行對接。結(jié)合帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求，在PLC控制器接口模塊中，設(shè)計了8個I/O模擬量輸入信號接口、10個I/O數(shù)字量輸入接口及8個I/O數(shù)字量輸出接口等，其中，通過各類傳感器檢測到的設(shè)備工作溫度、運轉(zhuǎn)速度、煤倉物位等信號將通過模擬量輸入模塊輸入至PLC中，而設(shè)備運行中的運動指示、油泵到位、煙霧及堆煤情況等信息將從數(shù)字量輸入模塊輸入至PLC中，最終通過數(shù)字量輸出模塊，將急停、響鈴報警、運動命令等信號進(jìn)行輸出，并命令相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實行設(shè)備的命令操作，PLC控制器接口的連接框架如圖1所示。

圖1 PLC控制器接口的連接框架

2.2 控制主站設(shè)計

控制主站是監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心和大腦，而整個監(jiān)控系統(tǒng)中的CPU模塊和電源模塊則主要安裝在控制主站中，現(xiàn)有的控制主站大多未設(shè)計電源模塊，在一定情況下具有較大的使用局限性。針對主站中的CPU模塊，選用了煤礦中通用的315-2PN/DP模塊，具有運算速度快、處理能力強等特點，其主要特點如表1所示。同時，控制主站中的以太網(wǎng)接口采用了TCP/IP 接口，可支持多種協(xié)議的相互交換?？刂浦髡局械碾娫茨K主要由 UPS 主機(jī)和UPS 電池組成，是一個電源存儲器，當(dāng)市電正常作業(yè)時，可通過UPS模塊對市電進(jìn)行調(diào)節(jié)穩(wěn)壓，之后向負(fù)載提供電源，當(dāng)市電停電時，UPS模塊則及時向負(fù)載提供電力，可保證PLC負(fù)載能持續(xù)運行5h，以此保證了PLC模塊的正常運行。

表1 CPU主要參數(shù)

3 軟件部分設(shè)計

3.1 主程序設(shè)計

結(jié)合前面設(shè)計的控制主站，需通過軟件編程方式對設(shè)備的控制程序進(jìn)行編寫。主控程序在整個監(jiān)控系統(tǒng)中，起到管理調(diào)度的作用，是控制主站的核心，主要通過模塊中的INPUT模塊，將設(shè)備的檢修、預(yù)告時間、互鎖、急停等各項功能要求通過編程方式進(jìn)行信號的集中輸入，之后根據(jù)前端的輸入命令，通過OUTPUT模塊，將啟動、停止、預(yù)告等命令進(jìn)行操作信號的有效輸出。在整個主控程序編寫中，采用了STEP 7編程軟件中的 LAD梯形圖語言，該語言具有形象直觀、操作簡單、應(yīng)用普遍等特點，可自上而下、逐步分解方式對程序進(jìn)行編寫，由此，完成了主控程序的程序編寫操作。

3.2 保護(hù)程序設(shè)計

帶式輸送機(jī)在運行過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)打滑、跑偏、溫度過高、堆煤、煙霧聚集等故障問題，對設(shè)備的運行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，在該監(jiān)控系統(tǒng)中，設(shè)計了設(shè)備的保護(hù)程序，主要通過前端各類傳感器檢測到的各類信號，經(jīng)過PLC控制器的運算處理，當(dāng)檢測到的信號超過設(shè)置的相應(yīng)閥值時，PLC則發(fā)出相應(yīng)的保護(hù)命令，如報警命令、停車命令等，實現(xiàn)對設(shè)備的保護(hù)，當(dāng)故障問題被清除后，PLC通過信息對比判斷，方可允許設(shè)備恢復(fù)正常運行狀態(tài)。例如，由于該監(jiān)控系統(tǒng)的溫度傳感器測量范圍為0～55 ℃，主要負(fù)責(zé)對設(shè)備運行過程中的溫度進(jìn)行檢測和控制，防止設(shè)備因溫度過高而出現(xiàn)高溫報警現(xiàn)象，由此，采用STEP7編程軟件，對監(jiān)控系統(tǒng)中溫度檢測程序進(jìn)行了編程，其程序的梯形圖如圖2所示。

4 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

針對改進(jìn)設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)，將其在現(xiàn)有HD-400型礦用帶式輸送機(jī)中進(jìn)行了進(jìn)一步的應(yīng)用測試，主要是在現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)配置基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)中的PLC、控制主站、控制程序等方面進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計和更新，通過測試得出：新型監(jiān)控系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)信息的響應(yīng)速度更快，精度更高，當(dāng)外部市電斷電情況下，也可保證該監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行；同時，監(jiān)控界面能將設(shè)備的工作溫度、速度、電流、電壓、井下煙霧濃度等信號進(jìn)行實時顯示和發(fā)送運行正?；蚬收蠄缶南嚓P(guān)提示。該監(jiān)控系統(tǒng)測試期間，操作人員僅需在監(jiān)控室對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，檢測設(shè)備故障的作業(yè)時間同比降低了60%左右，大大降低了人員的勞動強度，同時，設(shè)備的正常運行時間同比增長了30%左右，給企業(yè)創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。由此，說明改進(jìn)后的監(jiān)控系統(tǒng)能更好地滿足HD-400型帶式輸送機(jī)的使用需求。

圖2 溫度檢測程序梯形

5 結(jié) 語

技術(shù)的不斷創(chuàng)新，必將帶動設(shè)備功能的完善提升，加大對現(xiàn)有設(shè)備及系統(tǒng)的技術(shù)升級改造，是更好地保證設(shè)備正常運行的主要手段，也是煤礦企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向。