基于PLC的采煤機狀態監測機構設計

程 浩

（山西汾西正文煤業有限責任公司， 山西 孝義 032300）

1 采煤機結構及常見故障

整體結構如圖1所示，主要包括切割單元、牽引單元、電控模塊、液控單元及其他輔助系統組成。電控模塊是采煤機的動力系統，其通過連接設備與采煤機的切割單元、齒輪傳動系統相連接，實現動力的傳動與控制，同時電控模塊也是液控單元和破碎機的動力來源[1]。

圖1 采煤機結構示意圖

采煤機常見的故障形式主要包括：

1）電控單元故障。在電控系統中，采煤機主要通過變壓器將高壓電降低為不同等級的低壓電，以滿足不同用電模塊的用電需求，其常見的故障形式主要包括漏電故障、短路故障、越級跳閘、變壓器過溫故障等。

2）液控單元故障。采煤機的液控單元主要作用是控制采煤機的搖臂機與破碎機的運動，是采煤機的核心動力單元，其常見的故障形式主要包括油液污染造成的單向閥、液控閥等管路堵塞、管路破損等。

3）機械系統故障。機械系統是采煤機最重要的組成部分，主要包括牽引傳動和搖臂傳動兩部分，因此在長期使用的過程中其用于傳動的齒輪、齒條、軸承等，極易發生點蝕、斷齒、過度磨損等故障，導致其出現機械系統故障。

2 采煤機運行狀態監測機構的設計方案

結合采煤機工作要求和壽命要求，建立采煤機運行狀態實時監測系統的整體構型，實現對采煤機運行情況的實時監測，其主要包括以下幾個方面[2]：

1）采煤機運行狀態監測。采煤機的運行狀態監測就是對采煤機在工作時的各個工作參數進行采集、分析，對超過系統設定的參數進行報警處理，以便于及時采取修正措施。

2）采煤機的故障診斷。故障診斷就是利用數字信號對比分析的方法，對監測到的特征參數應用邏輯分析的方式實現對采煤機各組成單元的診斷，根據診斷結果對采煤機的運行進行相應的調整，確保采煤機的正常運行。

3）大數據信息管理。信息管理系統對采煤機的維修情況進行管理，對更換的部件、維修周期、處理措施等進行標定，通過對維修、更換部件的信息管理，為采煤機制定合理的檢修周期和檢修方案，提高采煤機的使用壽命及運行的經濟性和可靠性。

3 采煤機運行狀態監測機構的結構設計方案

我們開發的基于PLC的采煤機運行狀態監測系統整體結構如下頁圖2所示，該系統能夠對采煤機的運行情況進行實時監測，并將其運行情況傳遞給PLC控制系統，PLC控制系統將采集到的信號與內部的邏輯控制程序進行對比分析即可對采煤機的運行情況進行判斷，并采取一定的措施，確保采煤機安全可靠的工作。

基于PLC的采煤機運行狀態監測系統其主要包括信息監測、信息傳輸及信息應用三個部分[3-4]，信息監測模塊主要對采煤機在工作過程中電源系統的電壓、電流、變壓器溫度，液壓系統的液位、壓力、油溫、油液內懸浮顆粒的數量及機械系統的工作情況進行監測，并將采集到的信息數據轉換為相應的數字信號，傳遞到PLC控制系統中。

圖2 基于PLC的采煤機運行狀態監測系統

信息傳輸系統起著將信息監測單元采集到的采煤機各系統的工作信號傳遞給PLC控制中心的任務，為了確保信息傳遞的及時性、準確性和完整性，我們選擇有線傳輸的方案，并選擇與PLC相配套的傳輸控制及網際協議（簡稱TCP/IP）模塊，通過采用NI-OPC服務來實現PLC系統和上位機之間的通訊。

信息應用模塊是PLC控制系統中最核心的處理模塊，根據監測系統的控制要求，信息應用模塊首先會對所有收集到的采煤機參數信息進行初步分析并儲存，對收集的數據信息進行大數據處理[5]，建立起采煤機工作狀態的數據庫，同時對采煤機的工作壽命與工作狀態之間的關系進行分析，同時實時的將監測數據信號與理論數據進行分析，及時對故障源進行鎖定并及時報警。

4 結語

采煤機是實現煤礦生產機械化和現代化的重要設備之一，機械化采煤可以減輕體力勞動、提高安全性，達到高產量、高效率、低消耗的目的，但其往往也容易發生故障。因此，結合實際工作經驗及采煤機的實際工作要求，提出了基于PLC的采煤機狀態監測機構實施方案，確定了采煤機信息監測系統信息傳遞方式等，以確保采煤機的安全運行。