煤礦選煤廠帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉玉鳳

（同煤集團(tuán)大地選煤公司永定莊選煤廠， 山西 大同 037003）

1 選煤廠概況

大同煤礦集團(tuán)大地選煤公司永定莊選煤廠于2007年招標(biāo)建設(shè)，于2011年6月正式進(jìn)入調(diào)試生產(chǎn)階段。選煤廠年設(shè)計(jì)入選量210萬(wàn)t，日生產(chǎn)能力約6 400 t，小時(shí)處理量約400 t。洗選工藝為：50～1.5 mm原煤由兩產(chǎn)品重介旋流器進(jìn)行分選，1.5～0.15 mm粗煤泥由螺旋分選機(jī)進(jìn)行分選，＜0.15 mm細(xì)煤泥由加壓過(guò)濾機(jī)及板框壓濾機(jī)聯(lián)合回收[1-2]。

選煤廠內(nèi)安裝三部帶式輸送機(jī)主要用于選煤廠煤矸運(yùn)輸，輸送機(jī)采用獨(dú)立控制方式，由于選煤廠內(nèi)機(jī)電設(shè)備安裝數(shù)量多，帶式輸送機(jī)安裝數(shù)量長(zhǎng)，以及帶式輸送機(jī)自動(dòng)化水平低，致使輸送機(jī)在運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控，導(dǎo)致輸送機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)故障，如斷帶、撕裂等，不僅降低了輸送機(jī)使用壽命，而且制約著選煤廠安全高效選煤，因此，永定莊選煤廠通過(guò)技術(shù)研究設(shè)計(jì)了一套帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）永定莊選煤廠帶式輸送機(jī)安裝的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)選用西門(mén)子S7-1214型PLC及擴(kuò)展模塊作為主要控制器。該控制系統(tǒng)將傳感器接收系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)融入其中，如圖1所示。

2）速度傳感器能夠?qū)⑵У倪\(yùn)行速度及時(shí)傳遞到PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)在接受到數(shù)據(jù)后通過(guò)內(nèi)部的邏輯運(yùn)算算出皮帶的實(shí)時(shí)速度，皮帶秤能夠?qū)⑵У膶?shí)時(shí)煤量數(shù)據(jù)傳遞到PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)在接受到數(shù)據(jù)后通過(guò)內(nèi)部的邏輯運(yùn)算進(jìn)行判斷。

3）功率采集模塊能夠?qū)⑵C(jī)采集變頻器的實(shí)時(shí)電壓、實(shí)時(shí)電流、實(shí)時(shí)功率以及電動(dòng)機(jī)輸出電流、輸出電壓等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行收集。

4）PLC控制系統(tǒng)接收到各類(lèi)傳感器的信號(hào)后并通過(guò)分析對(duì)變頻器和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化控制。為了能夠確保皮帶機(jī)安全、高效的運(yùn)行，技術(shù)人員為皮帶機(jī)安裝堆煤、撕裂、煙霧、防超溫、防滑、防跑偏等各類(lèi)保護(hù)裝置，工作人員只要在調(diào)度大廳就能夠?qū)崟r(shí)接收到皮帶秤、功率采集模塊及各類(lèi)傳感器傳遞來(lái)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，準(zhǔn)確了解皮帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 選煤廠帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖

2.2 系統(tǒng)軟件

2.2.1 PLC程序設(shè)計(jì)

1）PLC控制系統(tǒng)能夠?qū)⒏黝?lèi)傳感器傳遞來(lái)的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過(guò)與之前正常時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，判斷出皮帶機(jī)運(yùn)行是否存在異常，一旦判斷出皮帶機(jī)故障時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī)并報(bào)警，這樣就實(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)的自動(dòng)遠(yuǎn)程操控。比如皮帶機(jī)的皮帶發(fā)生撕裂故障后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將撕裂傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，當(dāng)皮帶發(fā)生撕裂后，系統(tǒng)判斷皮帶撕裂，立即命令電動(dòng)機(jī)停機(jī)。

2）當(dāng)皮帶未發(fā)生撕裂，PLC控制系統(tǒng)將繼續(xù)對(duì)其他保護(hù)裝置傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析。通常輸送機(jī)皮帶發(fā)生撕裂事故的原因是有堅(jiān)硬異物調(diào)入在皮帶上、板卡皮帶或皮帶架上的托輥長(zhǎng)時(shí)間對(duì)皮帶表面進(jìn)行摩擦，最終導(dǎo)致皮帶發(fā)生撕裂。

3）皮帶打滑是指皮帶在運(yùn)行時(shí)皮帶與驅(qū)動(dòng)滾筒的運(yùn)轉(zhuǎn)不同步或皮帶運(yùn)行速度變慢。皮帶打滑常常會(huì)造成皮帶溫度升高、皮帶內(nèi)部鋼絲斷裂、著火或有刺激性氣體產(chǎn)生。皮帶跑偏是指皮帶在運(yùn)行時(shí)向一側(cè)傾斜，發(fā)生跑偏的主要原因是皮帶落煤點(diǎn)不正、皮帶老化或皮帶架地基不平穩(wěn)。皮帶堆煤是指皮帶在運(yùn)行過(guò)程中其中一段受到外力阻礙煤塊無(wú)法運(yùn)輸，這種情況如不及時(shí)處理就會(huì)造成皮帶撕裂。皮帶產(chǎn)生煙霧通常是由于滾筒打滑、托輥超溫或皮帶著火三種原因，皮帶煙霧如不及時(shí)制止將會(huì)發(fā)生人員窒息的重大事故。

2.2.2 監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

1）帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要采用STEP7MicroWIN方式進(jìn)行編程，利用PLC控制系統(tǒng)作為皮帶機(jī)控制系統(tǒng)的核心，同時(shí)將這些保護(hù)裝置運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)以CAN的通信方式上傳到遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

2）帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是由以下三部分組成：系統(tǒng)管理、監(jiān)控界面及數(shù)據(jù)管理[3-4]。系統(tǒng)管理分為管理員模式與用戶(hù)模式，監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)⑦M(jìn)入管理系統(tǒng)的人員分為普通用戶(hù)與超級(jí)用戶(hù)；監(jiān)控界面主要可以顯示以下三類(lèi)曲線：皮帶保護(hù)裝置參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及其他趨勢(shì)，同時(shí)能夠?qū)⑾到y(tǒng)的電壓、運(yùn)行時(shí)間及電機(jī)開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行顯示，還可以將皮帶安裝的各類(lèi)傳感器的保護(hù)狀態(tài)顯示在界面上，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的歷史記錄也可以進(jìn)行查詢(xún)；數(shù)據(jù)管理是由以下三部分組成：故障記錄、數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存[5]。可以將皮帶機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)及各類(lèi)參數(shù)進(jìn)行儲(chǔ)存，皮帶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)CAN的通信方式進(jìn)行傳遞。為了確保CAN通信系統(tǒng)的可靠性，除了要對(duì)CAN通信系統(tǒng)波特率及數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議格式進(jìn)行定義，還需采用雙絞屏蔽線來(lái)增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ刨|(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

2019年3月，對(duì)永定莊選煤廠三部帶式輸送機(jī)安裝了三套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，截止2019年9月，通過(guò)6個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有動(dòng)作靈敏、安全可靠、故障率低等優(yōu)點(diǎn)。在此期間該系統(tǒng)共計(jì)對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行8次保護(hù)動(dòng)作，主要包括輸送帶跑偏、撕帶、斷帶等，系統(tǒng)可自動(dòng)處理故障，平均故障處理時(shí)間為5 min。另外，采用該系統(tǒng)后選煤廠帶式輸送機(jī)每月因故障停機(jī)由原來(lái)的54 h降低為7 h，大大提高了選煤廠帶式輸送機(jī)運(yùn)輸效率，全年可節(jié)約輸送機(jī)維修成本費(fèi)用達(dá)52萬(wàn)元。