煤礦刮板運輸機在線監測系統的設計

田嘉俊， 任利冬， 龐啟云

（山西煤炭運銷集團金達煤業有限公司， 山西 孝義 032300）

引言

煤炭是我國消費結構中占比最多的能源之一，在未來一段時間內，煤炭生產過程的安全性與可靠性將關系到我國經濟發展的可持續性[1]。綜采工作面逐漸向自動化、無人化與智能化方向發展，但是由于工作面環境復雜，隨著采掘過程的推進，對工作面機電設備的工作性能提出了很高的要求[2-3]。刮板輸送機為綜采三機的關鍵設備之一，負責工作面煤炭的運輸工作，為了實現煤炭的高效、安全開采，應當保證刮板輸送機運行的可靠性[4-5]。本文設計了一種煤礦刮板輸送機遠程在線監測系統，方便井上與井下工作面的信息傳輸與調度指揮工作。

1 監測系統的硬件部分

1.1 硬件整體結構（見圖1）

圖1 系統硬件結構

本監測系統主要由PLC 處理器、工控上位機、供電單元、存儲單元、驅動單元、觸摸屏、報警裝置與傳感器單元等組成。傳感器采集刮板輸送機工作參數與各零部件環境參數等，通過模數轉換單元轉換，將數字信號傳輸到PLC 處理器。PLC 通過分析數據，監測設備的運行工況，通過驅動單元與報警裝置控制電機的啟停與故障的報警。系統具有存儲單元與觸摸屏，方便操作人員對設備工況的直觀監測與監測系統參數的調整設定。PLC 處理器作為監控分站安裝于井下，工控上位機安裝于井上，通過以太網通訊實現數據傳輸共享。為了減小頻繁啟動對設備的沖擊，系統采用軟啟動變頻驅動單元，利用液力耦合器連接電機與減速器，延長了電機的使用壽命。

1.2 主要硬件設備選型

PLC 處理器通過邏輯掃描運行內存中的程序，具有編程簡單、體積小、維護方便的優點。本文選用西門子S7-300 型PLC，由CPU 模塊、以太網通信模塊、數字量輸入輸出模塊與模擬量輸入模塊等組成。觸摸屏選用MCGS 觸摸屏，具有以太網接口、RS485與RS232 接口、兩個USB 接口，采用24 V 直流電源供電，通過嵌入式組態軟件可將界面下載到觸摸屏，完成數據的采集記錄等工作。工控上位機負責系統的遠程監控作用，完成數據的存儲與打印功能，系統選用IPC-610H 型上位機，具有19 寸彩色顯示器，主頻3 GHz，組態軟件為FC V7.0，編程方式靈活，可提高系統的監控效率[7-8]。

1.3 傳感器監測信號的選型

傳感器單元所需采集的信號主要有位移信號、速度信號與溫度信號等。刮板鏈的運行狀態主要可通過檢測兩個刮板通過某個點的時間間隔判斷。本系統在機頭、機尾與中間部分安裝三個電刷，通過PLC 控制器直接供電，當刮板鏈正常工作時，兩個刮板鏈通過電刷的時間間隔為固定范圍，當時間間隔超出范圍后，判定刮板鏈故障。系統利用磁致伸縮位移傳感器，監測機頭機尾的翹翻故障，當檢測到機頭或機尾離地超過200 mm 時，系統判定發生故障。

系統采用PT100 型熱敏電阻溫度傳感器測量電機的溫度信號，可測溫范圍0～200 ℃，主要測量電機的軸承與繞線部位，當電機溫度超過80 ℃時，判定電機過熱故障。系統通過在減速器機箱下螺紋孔內安裝溫度傳感器，測量減速器的油溫信號，當溫度超過90 ℃時，系統判定減速器油溫過高。系統選用GUY30 液位傳感器監測減速器內潤滑油的液位高度，從而判定是否發生漏油故障。系統采用GMP-D轉速傳感器測量電機輸出軸的轉速，判斷電機是否無法正常啟動，轉速傳感器的測量范圍為0～2 000 r/min。

2 監測系統的軟件部分

本文利用博途V14 軟件對PLC 程序進行開發設計，利用模塊化編程方式，采用直觀的梯形圖編譯。監測系統的軟件部分主要實現系統參數的設定、信號采集監測、自動控制與報警等功能，系統主程序流程圖如圖2 所示。系統初始化為監測系統正常工作的基礎，當系統檢測到刮板鏈速大于1 m/s，信號采集設備與通訊系統正常工作時，系統初始化完成，否則需對系統故障進行解決與處理。在刮板機正常運行期間，系統通過各傳感器單元實時采集刮板鏈速、電機輸出軸轉速、電機工作溫度、減速器內潤滑油溫度與液位高度等信號，通過與系統內的設定值比較，從而判斷刮板輸送機是否發生故障及故障類型與部位。當系統監測到故障發生時，PLC 通過報警裝置，以警示燈閃爍與鳴笛的方式向工作人員發出警告，通過驅動單元控制刮板機減速停機。

3 結語

本文針對綜采工作面刮板輸送機設計的遠程在線監測系統，通過以太網通訊完成井上的遠程調度指揮工作。系統利用傳感器單元采集刮板輸送機各故障信號，通過PLC 控制器與軟起動單元實現故障在線診斷與控制功能，為刮板輸送機安全穩定的運行提供了數據保障。

圖2 系統軟件主程序