煤矿刮板运输机在线监测系统的设计.pdf

引言 煤炭是我国消费结构中占比最多的能源之一， 在未来一段时间内，煤炭生产过程的安全性与可靠 性将关系到我国经济发展的可持续性[1]。综采工作 面逐渐向自动化、 无人化与智能化方向发展， 但是由 于工作面环境复杂， 随着采掘过程的推进， 对工作面 机电设备的工作性能提出了很高的要求[2-3]。 刮板输 送机为综采三机的关键设备之一，负责工作面煤炭 的运输工作， 为了实现煤炭的高效、 安全开采， 应当 保证刮板输送机运行的可靠性[4-5]。 本文设计了一种 煤矿刮板输送机远程在线监测系统，方便井上与井 下工作面的信息传输与调度指挥工作。 1监测系统的硬件部分 本监测系统主要由 PLC 处理器、工控上位机、 供电单元、 存储单元、 驱动单元、 触摸屏、 报警装置与 传感器单元等组成。传感器采集刮板输送机工作参 数与各零部件环境参数等， 通过模数转换单元转换， 将数字信号传输到 PLC 处理器。PLC 通过分析数 据， 监测设备的运行工况， 通过驱动单元与报警装置 控制电机的启停与故障的报警。系统具有存储单元 与触摸屏，方便操作人员对设备工况的直观监测与 监测系统参数的调整设定。PLC 处理器作为监控分 站安装于井下， 工控上位机安装于井上， 通过以太网 通讯实现数据传输共享。为了减小频繁启动对设备 的冲击， 系统采用软启动变频驱动单元， 利用液力耦 合器连接电机与减速器， 延长了电机的使用寿命。 PLC 处理器通过逻辑扫描运行内存中的程序， 具有编程简单、 体积小、 维护方便的优点。本文选用 西门子 S7-300 型 PLC， 由 CPU 模块、 以太网通信模 块、 数字量输入输出模块与模拟量输入模块等组成。 触摸屏选用 MCGS 触摸屏，具有以太网接口、 RS485 与 RS232 接口、 两个 USB 接口， 采用 24 V 直流电源 供电， 通过嵌入式组态软件可将界面下载到触摸屏， 完成数据的采集记录等工作。工控上位机负责系统 的远程监控作用， 完成数据的存储与打印功能， 系统 选用 IPC-610H 型上位机， 具有 19 寸彩色显示器， 主 频 3 GHz， 组态软件为 FC V7.0， 编程方式灵活， 可提 高系统的监控效率[7-8]。 传感器单元所需采集的信号主要有位移信号、 速度信号与温度信号等。刮板链的运行状态主要可 通过检测两个刮板通过某个点的时间间隔判断。本 系统在机头、机尾与中间部分安装三个电刷，通过 PLC 控制器直接供电， 当刮板链正常工作时， 两个刮 板链通过电刷的时间间隔为固定范围，当时间间隔 超出范围后， 判定刮板链故障。 系统利用磁致伸缩位 移传感器， 监测机头机尾的翘翻故障， 当检测到机头 或机尾离地超过 200 mm 时， 系统判定发生故障。 系统采用 PT100 型热敏电阻温度传感器测量电 机的温度信号， 可测温范围 0200 ℃， 主要测量电机 煤矿刮板运输机在线监测系统的设计 田嘉俊， 任利冬， 庞启云 （山西煤炭运销集团金达煤业有限公司， 山西孝义032300） 摘要 基于井下工作环境与设备条件， 设计了一种基于 PLC 控制器的刮板输送机在线监测系统。首先分析 了刮板输送机的主要故障类型与解决措施， 其次设计了系统的硬件结构， 针对处理器、 触摸屏、 工控机与传感 器等主要硬件设备进行了选型设计， 并分析了信号采集方法， 最后对系统的软件主程序进行了设计。监测系 统通过以太网通讯实现井上与井下的数据传输， 利用 PLC 对刮板输送机的运行状态等进行监测， 保证设备运 行的可靠性与安全性。 关键词 刮板输送机以太网PLC在线监测 中图分类号 TD528.3文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 07-0257-02 收稿日期 2020-04-29 第一作者简介 田嘉俊 （1991） ， 男， 本科， 毕业于中北大学信息 商务学院电气工程及其自动化专业， 助理工程师， 现从事煤矿 机电工作。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.07.110 总第 207 期 2020 年第7 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 207 No.7， 2020 图 1系统硬件结构 工控上位机 PLC 处理器 供电单元 报警装置 A/D 转换单元 传感器单元 存储单元 驱动单元 触摸屏 自动化技术与设计 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 的轴承与绕线部位， 当电机温度超过 80 ℃时， 判定 电机过热故障。系统通过在减速器机箱下螺纹孔内 安装温度传感器， 测量减速器的油温信号， 当温度超 过 90 ℃时，系统判定减速器油温过高。系统选用 GUY30 液位传感器监测减速器内润滑油的液位高 度， 从而判定是否发生漏油故障。系统采用 GMP-D 转速传感器测量电机输出轴的转速，判断电机是否 无法正常启动，转速传感器的测量范围为 02 000 r/min。 2监测系统的软件部分 本文利用博途 V14 软件对 PLC 程序进行开发 设计，利用模块化编程方式，采用直观的梯形图编 译。 监测系统的软件部分主要实现系统参数的设定、 信号采集监测、 自动控制与报警等功能， 系统主程序 流程图如图 2 所示。系统初始化为监测系统正常工 作的基础， 当系统检测到刮板链速大于 1 m/s， 信号 采集设备与通讯系统正常工作时， 系统初始化完成， 否则需对系统故障进行解决与处理。在刮板机正常 运行期间，系统通过各传感器单元实时采集刮板链 速、 电机输出轴转速、 电机工作温度、 减速器内润滑 油温度与液位高度等信号，通过与系统内的设定值 比较，从而判断刮板输送机是否发生故障及故障类 型与部位。 当系统监测到故障发生时， PLC 通过报警 装置，以警示灯闪烁与鸣笛的方式向工作人员发出 警告， 通过驱动单元控制刮板机减速停机。 3结语 本文针对综采工作面刮板输送机设计的远程在 线监测系统，通过以太网通讯完成井上的远程调度 指挥工作。系统利用传感器单元采集刮板输送机各 故障信号， 通过 PLC 控制器与软起动单元实现故障 在线诊断与控制功能，为刮板输送机安全稳定的运 行提供了数据保障。 参考文献 [1]颜爱平， 罗梦文.刮板输送机的常见故障分析及处理方法[J].矿 山机械， 2010 （8） 91-92. [2]孟国营， 程晓涵.我国矿用刮板输送机技术现状及发发展分析 [J].煤炭工程， 2014， 46 （10） 58-60. [3]高建炯， 郭卫.基于 PLC 控制的刮板输送机监控装置设计[J]. 西安科技大学学报， 2011 （5） 608-612. [4]柯书国， 张红娟， 靳宝全， 等.刮板输送机通信系统研究与设计 [J].煤炭技术， 288 （12） 224-226. [5]毕海涛， 陈昌松.基于无线传感器网络的煤矿综采工作面监控 系统的研究[J].华东科技， 2010 （9） 339. [6]陈旭忠， 肖雅静.千万吨级综放工作面设备配套及自动控制系 统研究[J].煤矿机械， 2017 （1） 82. [7]李业亮， 欧阳名三， 谢春福， 等.基于 S7-300PLC 的工作面输送 设备监控系统[J].煤矿机械， 2014 （1） 190-192. [8]乔红兵， 何成亮， 焦智， 等.刮板输送机液力耦合器组控制系统 设计研究[J].煤炭工程， 2017 （8） 152-154. （编辑 贾娟） 图 2系统软件主程序 系统初始化 系统采集与通讯测试 测试正常 刮板链速采集 电机转速温度采集 减速器油温液位采集 系统故障 系统报警停机 故障处理 N Y N Y Design of Coal Mine Scraper Conveyor Online Monitoring System Tian Jiajun, Ren Lidong, Pang Qiyun （Jinda Coal Industry Co., Ltd. of Shanxi Coal Transportation and Marketing Group, Xiaoyi Shanxi 032300） Abstract Aiming at the underground working environment and equipment conditions, an online monitoring system for scraper conveyor based on PLC controller is designed. The article first analyzes the main fault types and solutions of the scraper conveyor, and then designs the systems hardware structure. It designs and designs the main hardware equipment, including the processor, touch screen, industrial computer and sensors, and analyzes the signals. Acquisition , and finally the software main program of the system is designed. The monitoring system uses the Ethernet communication to realize the data transmission between the well and the well. The PLC is used to monitor the operation status of the scraper conveyor to ensure the reliability and safety of the equipment. Key words scraper conveyor; Ethernet; PLC; online monitoring 258