后部刮板輸送機載荷監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

祝 賀高 新

（1.大同煤礦集團有限責(zé)任公司機電管理處，山西省大同市，037003；2.太原惠特科技有限公司，山西省太原市，030006）

后部刮板輸送機載荷監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

祝 賀1高 新2

（1.大同煤礦集團有限責(zé)任公司機電管理處，山西省大同市，037003；2.太原惠特科技有限公司，山西省太原市，030006）

針對綜放工作面后部刮板輸送機易出現(xiàn)的重載難起動或起動失敗的問題，設(shè)計了以PLC為控制核心、監(jiān)視電機運行電流值的載荷監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)，介紹了該套系統(tǒng)的組成及工作原理。通過實際應(yīng)用表明，使用該套系統(tǒng)后放煤工可依據(jù)語音和聲光提示進行放煤作業(yè)，杜絕了出現(xiàn)重載提車及再次起動車輛失敗的情況。

綜放工作面 后部刮板輸送機 載荷監(jiān)視預(yù)警 MODBUS-RTU通訊

1　前言

我國緩傾斜厚煤層及特厚煤層分布較廣且儲量豐富，煤層厚度一般為5～10 m，個別煤層厚度可達到20 m，當(dāng)前均采用綜采放頂煤開采技術(shù)，以實現(xiàn)對厚煤層及特厚煤層的高產(chǎn)高效開采。大同煤礦集團有限責(zé)任公司綜采放頂煤工作面的煤層厚度為8～16 m，采煤機采高為2.8 m，采放比為1∶3，即綜放工作面后部刮板輸送機所承擔(dān)的運煤量約占全部產(chǎn)量的3/4。在實際出煤過程中，綜放工作面后部刮板運輸機的放煤量不易被監(jiān)控，特別是重載停車后，極易造成再次起動困難。

針對上述問題設(shè)計了一套載荷監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)，該套系統(tǒng)采集后部刮板輸送機電機運行電流，借以反映實時運行載荷，對即將發(fā)生的載荷超限做出預(yù)警，以便控制放煤量、減小輸送載荷和預(yù)留設(shè)備起動能力，避免緊急停車后刮板運輸機被壓死。

2　系統(tǒng)構(gòu)成及功能

載荷監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)由KHP礦用輸送機保護裝置、礦用本安型聲光報警器、礦用隔爆型報警燈、礦用隔爆型電鈴以及1140 V礦用隔爆兼本安型雙速軟起動器組成，系統(tǒng)組成配置圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)組成配置圖

2.1KHP礦用輸送機保護裝置

KHP礦用輸送機保護裝置供電電源為AC127 V，分為上下2個腔體，上腔體為本安腔，下腔體為隔爆腔，放置在刮板輸送機機頭位置，以便于人員觀察及操作。KHP礦用輸送機保護裝置電氣關(guān)聯(lián)圖如圖2所示。

圖2　KHP礦用輸送機保護裝置電氣關(guān)聯(lián)圖

由圖2可以看出，本安腔由本安外殼、顯示器和按鈕鍵盤組成。顯示器用來顯示后部運輸機實時運行電流、運行電壓、運行狀態(tài)信息、故障信息以及載荷監(jiān)視信息；按鈕鍵盤用來設(shè)置電機的額定電流、預(yù)警電流倍數(shù)、預(yù)警時間、保護電流倍數(shù)以及保護時間等。顯示器運行狀態(tài)畫面及顯示器參數(shù)設(shè)置頁面如圖3和圖4所示。

隔爆腔由隔爆殼體、PLC、中間繼電器、本安隔離板、直流電源以及本安電源組成。PLC用來接收來自按鈕鍵盤和軟起動器的運行反饋輸入信號及軟起動器的MODBUS-RTU通訊信號；中間繼電器用以控制雙速軟起動器、聲光報警器、報警燈、電鈴以及閉鎖刮板輸送機；本安隔離板可以實現(xiàn)按鈕和軟起動器運行反饋輸入信號的光電隔離，還可以對軟起動器RS485通訊輸入信號進行本安隔離；直流電源為PLC提供電源；本安電源為顯示器、聲光報警器和本安隔離板提供電源。

2.2聲光報警器

選用型號為KXB-18A的礦用本質(zhì)安全型聲光報警器，其額定電壓18 VDC，報警光信號可見距離小于20 m，報警音響響度大于85 dB。將聲光報警器安裝固定在KHP礦用輸送機保護裝置附近，根據(jù)載荷監(jiān)視情況發(fā)出不同光信號及語音便于人員觀察。

2.3報警燈

選用型號為DGS18/127L的礦用隔爆型LED巷道燈，其額定電壓127 V，額定功率為18 W。串接在KHP礦用輸送機保護裝置輸出無源常開觸點，根據(jù)載荷監(jiān)視情況，發(fā)出紅色光信號。將報警燈安裝固定在綜采工作面支架下方，以便于人員觀察，間隔20 m安裝1只。

2.4電鈴

選用型號為DLB-127礦用隔爆型電鈴，其額定電壓127 V，額定電流0.35 A。串接在KHP礦用輸送機保護裝置輸出無源常開觸點，根據(jù)載荷監(jiān)視情況，發(fā)出聲音信號。將電鈴安裝固定在綜采工作面支架下方，以便于人員觀察，間隔20 m安裝1只。

圖3　顯示器運行狀態(tài)畫面

圖4　顯示器參數(shù)設(shè)置頁面

2.51140 V雙速軟起動器

選用型號為QJR-400/1140（660）S礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流雙速真空軟起動器，可以實現(xiàn)刮板輸送機起停控制以及向KHP保護裝置提供電機運行數(shù)據(jù)通訊等功能。

3　系統(tǒng)工作原理

控制程序流程圖如圖5所示。

由圖5可以看出，系統(tǒng)通過PLC上的RS485口接收來自軟起動器的通訊信號，顯示后部刮板輸送電機機頭和機尾實時運行參數(shù)，當(dāng)實際運行電流小于設(shè)定的載荷超限預(yù)警電流時，系統(tǒng)不執(zhí)行預(yù)警，顯示器顯示 “正?！?。

當(dāng)運行電流大于設(shè)定的預(yù)警電流時，系統(tǒng)進行預(yù)警延時（延時可調(diào)），顯示器顯示 “預(yù)警倒計時”。倒計時未完成時，電流下降至預(yù)警電流以下，倒計時結(jié)束后，顯示器顯示 “正常”。

當(dāng)運行電流大于設(shè)定的預(yù)警電流，且預(yù)警倒計時過后，系統(tǒng)執(zhí)行預(yù)警輸出，顯示器顯示 “預(yù)警”。聲光報警器閃爍，發(fā)出 “載荷即將超載”的語音提示，同時電鈴和報警燈按照工作5 s和停止5 s的時間間隔持續(xù)工作。在此情況下，后部刮板輸送機放煤操作工應(yīng)該暫停放煤，減輕載荷，從而使運行電流逐漸減小。待運行電流小于預(yù)警電流后，預(yù)警解除即可恢復(fù)正常生產(chǎn)。

在載荷預(yù)警輸出的情況下，電流繼續(xù)增大且已超過設(shè)定的預(yù)警保護電流時（此時停車后，留有起動能力富余量），系統(tǒng)執(zhí)行預(yù)警保護，顯示器顯示“保護倒計時”，聲光報警器閃爍，發(fā)出 “負荷超載，即將停車”的語音提示，同時電鈴和報警燈按照工作5 s和停止5 s的時間間隔持續(xù)工作。若電流下降到小于保護電流且大于設(shè)定的預(yù)警電流時，解除保護倒計時，進入預(yù)警倒計時階段。

圖5　控制程序流程圖

若電流繼續(xù)增大，則保護倒計時結(jié)束后系統(tǒng)執(zhí)行載荷超限保護，輸出刮板輸送機軟起動器起動閉鎖信號，停止后部刮板輸送機，顯示器顯示 “保護”，聲光報警器閃爍，發(fā)出 “負荷超載已停車”的語音提示，同時電鈴和報警燈全部停止工作。

若按下復(fù)位按鈕，則系統(tǒng)復(fù)位，解除載荷超限故障保護，解鎖刮板輸送機軟起動器起動閉鎖信號，允許進行再次起動。

4　應(yīng)用效果

（1）該套系統(tǒng)設(shè)計完成后，在大同煤礦集團有限責(zé)任公司燕子山煤礦綜放工作面進行了試用。該工作面后部刮板輸送機型號為SGZ800/800，鋪設(shè)長度為200 m，使用2臺1140 V雙速軟起動器控制2臺200/400 k W雙速電機驅(qū)動該部輸送機，系統(tǒng)按照圖1進行配置組建。監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)的載荷超限預(yù)警電流設(shè)置為180 A，載荷超限保護電流設(shè)置為210 A。刮板輸送機機頭司機不僅可以實時監(jiān)視刮板機運行電流和電壓參數(shù)，還可以直觀地從顯示器電流指示的變化情況預(yù)判載荷增減情況；生產(chǎn)班組放煤工在語音和聲光的提示下控制放煤量，后部刮板輸送機再未出現(xiàn)重載停產(chǎn)及再起動失敗的情況，使用效果得到了用戶單位的極大好評。

（2）使用初期，通訊電纜未選用專用通訊屏蔽電纜出現(xiàn)信息丟包和通訊失敗的問題，后采用通訊屏蔽電纜及降低通信速率后再未出現(xiàn)此現(xiàn)象。根據(jù)用戶使用過程當(dāng)中的實際需求，后期產(chǎn)品可以將設(shè)備起?？刂乒δ芗尤朐撎紫到y(tǒng)，可去除現(xiàn)場礦用按鈕盒設(shè)備，使得系統(tǒng)控制功能更加完善。

5　結(jié)論

載荷監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)利用現(xiàn)代通信技術(shù)，可靠地實現(xiàn)了刮板輸送機運行電流變化的監(jiān)視與控制，預(yù)判載荷的變化情況，進行直觀明確的顯示和語音輸出，提前通知采煤和放煤的操作人員，避免出現(xiàn)重載難起動的情況，并且具有初期投資少以及運行費用低的優(yōu)勢，非常適用于無規(guī)律高峰值負載的礦用刮板輸送機的運行監(jiān)控使用，具有較好的推廣前景。

［1］ 劉春.放頂煤工作面后部刮板輸送機的設(shè)計淺析［J］.煤，1998（3）

［2］ 唐會成.煤礦井下連續(xù)運輸系統(tǒng)的Modbus多機通信［J］.自動化儀表，2014（6）

［3］ 李建華，雷志鵬，李艷偉.綜采工作面 “三機”狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)開發(fā)［J］.中國煤炭，2012（9）

［4］ 席慶祥，雷志鵬.綜采面刮板輸送機狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)設(shè)計［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2011（10）

［5］ 雷志鵬，宋建成.綜采工作面輸送設(shè)備工控實時監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計［J］.工礦自動化，2010（7）

［6］ 張春芝，馮海明，孟國營.煤礦井下工作面輸送設(shè)備監(jiān)控平臺的研究［J］.中國煤炭，2010（1）

（責(zé)任編輯 王雅琴）

Design and application on loading monitor and pre-warming system of scraper conveyer behind supports

Zhu He1，Gao Xin2
（1.Electomechanical Management Department，Datong Coal Mine Group Co.，Ltd.，Datong，Shanxi 037003，China；2.Taiyuan Huite Science&Technology Co.，Ltd.，Taiyuan，Shanxi 030006，China）

Aimed at scraper conveyer behind supports of fully mechanized caving faces easily occurred the problems about hard to start or starting failure heavy loads，the authors designed a loading monitor and pre-warming system which took PLC as the control core and can monitor current value when the electrical machine were running，and also introduced composition and operation principle of the system.The coal workers could rely on voice and acousto-optic hints for sublevel caving mining when using the system，which could avoid the situation of hard to start or starting failure heavy loads.

fully mechanized caving faces，scraper conveyer behind support，loading monitor and pre-warning，MODBUS-RTU communication

TD421

A

祝賀（1982- ），男，山西大同人，工程師，現(xiàn)就職于大同煤礦集團機電管理處，主要從事機電管理方面的工作。