刮板輸送機遠程監控系統的設計及工業性試驗

原云鋒

（山西煤炭運銷集團陽城四侯煤業有限公司，山西 陽城 048108）

引言

刮板輸送機為綜采工作面配套采煤機、液壓支架使用的關鍵設備，其承擔著采煤機的運行，同時也承擔著液壓支架的推溜任務。不斷提升綜采工作面生產的自動水平和安全性是未來煤礦智能化方向著重解決的問題[1]。目前，針對刮板輸送機的監控僅僅實現了現場本地監控，并未完全實現刮板輸送機部分傳動及電氣參數的遠程監控功能。因此，本文著重對刮板輸送機的遠程監控進行研究，并對其工業性試驗結果進行驗證。

1 刮板輸送機遠程監控系統要求

本文以SGZ900/1050 雙鏈類型的刮板輸送機為研究對象，與一般刮板輸送機相類似，其主要由機頭、機尾、機身溜槽部分以及刮板鏈、推移裝置等附屬部件組成，其驅動部件由機頭、機尾雙速電機構成。具體動力傳輸路徑如下：雙速電機產生的扭矩經由聯軸器傳遞至減速器，并由減速器傳遞至鏈輪，最后鏈輪帶動刮板鏈完成對刮板輸送機的推動。

為保證刮板輸送機的正常運行需對如下參數進行監控：設備鏈輪組件的油溫及油位、減速器的軸承溫度及相關油箱的油位和油溫、設備雙速電機的軸承及繞組溫度以及對應電機的電流值和功率值[2]。刮板輸送機遠程監控系統需滿足如下要求：

1）遠程監控系統可實時獲取其所采集參數的信息，并實時顯示并呈現于用戶，監控系統具備打印、儲存以及記錄等功能；

2）遠程監控系統可對設備的故障進行實時報警，并精準定位故障發生位置；

3）遠程監控系統可遠程實現對設備的啟停控制，并實現對設備自動、手動以及單機/聯鎖工作模式的控制；

4）遠程監控系統具備對所采集參數進行數據處理的功能，并根據數據處理結果判定設備的運行狀態，尤其是根據采集數據判定設備是否存在故障。

2 刮板輸送機遠程監控系統的總體設計

根據1.1 中所述的刮板輸送機遠程監控系統所采集的參數信息及功能要求，可將遠程監控系統分解為三個子系統，分別包括有：機載監控子系統、順槽遠程監控子系統以及地面遠程監控子系統[3]。且各個子系統之間的通信通過以太網通信技術實現，最終實現刮板輸送機的智能化、自動化控制。刮板輸送機遠程監控系統的結構框圖如圖1 所示。

圖1 刮板輸送機遠程監控系統總體結構框圖

3 刮板輸送機遠程監控系統的設計

3.1 機載監控系統的設計

機載監控系統的核心為隔爆本安型機載控制器實現對刮板輸送機運行參數的本地控制和在線監測，且在刮板輸送機的機頭、機尾兩處各安裝一套控制器。該控制器的主要功能為：由其內部傳感器對參數進行采集，并將所采集到數據通過無線以太網上傳至順槽遠程監控系統[4]。該控制器的核心為PLC控制器，且綜合考慮可靠性和成本的基礎上，該控制器為S7-300 系列。機載監控系統設計的硬件選型如下頁表1 所示。

機載監控系統可對刮板輸送機運行參數的精準采集，為后續判斷其運行狀態奠定基礎以及為設備故障類型的判定和定位提高效率。

表1 機載監控系統硬件選型

3.2 順槽遠程監控系統

順槽遠程監控系統是實現刮板輸送機智能化、自動化控制功能的關鍵，其是實現機載監控系統和地面監控系統通信的樞紐。順槽遠程監控系統的核心為對控制器、監控平臺以及數據處理計算機等組成。其中，作業人員通過操控控制器上的按鈕實現對刮板輸送機的遠程控制；數據處理計算機可對機載監控系統所采集到的參數進行實時顯示、存儲和處理，其核心為基于Wincc 的上位機監控平臺。

3.3 地面監控系統

地面監控系統位于調度中心，其主要功能是實現對刮板輸送機運行狀態的遠程監測，具體包括有：刮板輸送機的工作狀態、現場設備的網絡通信狀態以及供配電現狀等。地面監控系統主要由基于Wincc 的遠程監控平臺、基于3DVR 的數字化監測平臺、視頻監測平臺和用于通信的無線網絡管理平臺[5]。

上述三個監控子系統的網絡通信如圖2 所示。

圖2 刮板輸送機遠程監控系統通信示意圖

如圖2 所示，遠程監控系統中各子系統之間及其PLC 控制器之間的通信依靠S7/TCP 協議完成。

4 刮板輸送機遠程監控系統的工業性試驗

根據刮板輸送遠程監控系統的設計思路，結合某煤礦綜采工作面的實際情況搭建刮板輸送機遠程監控系統平臺，擬基于遠程監控系統平臺實現對刮板輸送機的停機監控，并對刮板輸送機的運行狀態參數、故障類型、實時負載及故障定位等參數進行實時監測和控制。

搭建遠程監控系統平臺所應用的設備型號為SGZ900/1050 型刮板輸送機，平臺開發所依據的軟件為西門子公司開發的上位機組態軟件-Wincc 軟件。根據遠程監控的參數類型及功能要求，完成對監控平臺本地數據采集、優先控制、網絡通訊、數據處理、遠程監控以及信息歸檔等模塊功能的設計。

刮板輸送機遠程監控系統除了可對刮板輸送機本身運行狀態參數進行監控報警外，還可對與刮板輸送機相配套的采煤機、液壓支架等部分狀態進行監測，以確保刮板輸送機可根據采煤機、液壓支架的運行狀態對其運行狀態進行控制。將所搭建的遠程監控平臺應用于現場生產中，其應用效果具體總結如下：

1）順槽監控系統中的HMI 控制器可實時監測刮板輸送機的運行參數，從而實現在順槽位置對刮板輸送機運行參數的控制。

2）當刮板輸送機分別處于輕載、重載以及正常載荷運行工況下，遠程監控系統可結合采煤機的實時姿態數據對刮板輸送機進行延時停機的控制，并根據不同的工況計算出不同延長時間將刮板輸送機停機。其中，當刮板輸送機為重載運行時，其對應延時停機時長為30 s；當刮板輸送機為正常負載運行時，其對應延時停機時長為15 s；當刮板輸送機為輕載運行時，其對應延時停機時長為10 s。

3）當刮板輸送機出現故障時，順槽和地面監控均可實時顯示故障類型并對故障發生位置進行精準定位。

5 結論

基于WinCC 組態軟件和PLC 控制器完成對刮板輸送機遠程監控系統經實踐表明，可實時對刮板輸送機運行參數的實時監測和控制，并根據采煤機及設備的負載情況實現不同延時的停機效果，可滿足綜采工作面的生產需求。