刮板輸送機(jī)自動化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

張小強(qiáng)

（山西新元煤炭有限責(zé)任公司， 山西 壽陽 045400）

引言

在煤礦綜采工作面中，依靠設(shè)置在工作面兩端的刮板輸送機(jī)將采煤機(jī)截割或放頂支架放落產(chǎn)生的原煤運(yùn)輸出采煤區(qū)，再通過轉(zhuǎn)載機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)將運(yùn)煤輸送到井底煤倉或地面，因此刮板輸送機(jī)是煤礦關(guān)鍵的運(yùn)輸設(shè)備之一[1]。而在地下煤礦的實際生產(chǎn)中，由于工作面昏暗潮濕，一般采用饋電開關(guān)對管板輸送機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控開關(guān)，缺乏有效的監(jiān)控措施。由于刮板輸送機(jī)的自動化程度過低，存在如下缺陷：一是無論有無原煤產(chǎn)出，管板輸送機(jī)一直處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，造成電能的大量損失；二是當(dāng)出現(xiàn)鏈條卡阻時，如未及時關(guān)閉刮板輸送機(jī)的電源會造成鏈條斷裂或電機(jī)燒毀等；三是重載與輕載時均為勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致刮板輸送機(jī)磨損加速[2]。由于采用自動監(jiān)控系統(tǒng)的刮板輸送機(jī)具有智能調(diào)節(jié)輸送能力、減少無用功、遠(yuǎn)程控制、智能監(jiān)測、自動保護(hù)和故障預(yù)報警等功能，因此被廣泛地用于綜采工作面的原煤運(yùn)輸作業(yè)，為煤礦的開采效率和安全生產(chǎn)提供保障。

1 問題概況

某礦3016綜采工作面在采煤段首尾均設(shè)置有一部中雙鏈PF6/1142型刮板輸送機(jī)，器驅(qū)動電機(jī)的功率為1050 kW，最大可提供450 kN·m的轉(zhuǎn)矩。通過饋電開關(guān)控制刮板輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，無調(diào)速功能。在2016年3～9月期間，由于卡矸導(dǎo)致電機(jī)燒毀2次，鏈條斷裂6次，導(dǎo)致有效生產(chǎn)工時損失36 h，給該礦造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 刮板輸送機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置

由于3016綜采工作面回采段首尾采用管板輸送機(jī)的型號相同，因此采用并行兩套同樣的自動監(jiān)控系統(tǒng)對刮板輸送機(jī)進(jìn)行控制。現(xiàn)以前部刮板輸送機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。如圖1所示，為刮板輸送機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)的各部件之間的連接圖。刮板輸送機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分包括分散控制的減速機(jī)驅(qū)動控制器、圖文顯示器和傳感器配電箱等。

圖1 刮板輸送機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置圖

由圖可知，每個圖文顯示器與驅(qū)動控制器都連接在同一條Probfibus總線上。每個采用自動監(jiān)控系統(tǒng)的刮板輸送機(jī)配有3部圖文顯示器，其中圖文顯示器1設(shè)置在井下綜采工作面的集中控制室中，而圖文顯示器2和圖文顯示器3分別安裝在刮板輸送機(jī)首尾的掛板上。驅(qū)動控制器1和驅(qū)動控制器2也分別安裝在刮板輸送機(jī)首尾的驅(qū)動電機(jī)上，利用通信電纜將驅(qū)動控制器與安裝在CST減速機(jī)內(nèi)對應(yīng)的傳感器配電箱連接。所有控制器與傳感器最終均連接到線路終端。通過線路終端對刮板輸送機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行檢測，只有當(dāng)刮板輸送機(jī)的各項參數(shù)處于正常時，操作人員才可通過旋轉(zhuǎn)安裝在集中控制器上的啟車旋鈕控制刮板輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

安裝的圖文顯示器與驅(qū)動控制器上設(shè)有12個接口。1號接口為允許啟車信號接入口，該接口與光電耦合器連接，依靠耦合器的通閉控制輸送機(jī)能否啟車；2號與4號接口為預(yù)留信號交換接口；5號和6號位備用接口；7號和8號為現(xiàn)場總線接口，通過這兩個接口連接RXD和TXD串口，圖文顯示器和驅(qū)動控制器通過此接口進(jìn)行信號交流；9號～11號為信號接入口，通過這三個接口接入刮板輸送機(jī)的電流和功率信號，對刮板輸送機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行檢測；12號為電源接口，為設(shè)備提供電力。

2.1 圖文顯示器與驅(qū)動控制器

在圖文顯示器上可以實時展現(xiàn)各項傳感器檢測到刮板輸送機(jī)的參數(shù)，控制人員可以通過圖文顯示器了解到刮板輸送機(jī)運(yùn)行是否正常。由于3臺顯示器連接在一條Profibus總線上，所以顯示的內(nèi)容一樣。一旦系統(tǒng)檢測到刮板輸送機(jī)出現(xiàn)故障就會在圖文顯示器上顯示報警界面并發(fā)出警報聲，提醒工作人與及時進(jìn)行檢修。

驅(qū)動控制器是刮板輸送及實現(xiàn)自動化監(jiān)控的關(guān)鍵設(shè)備。所有的傳感器配電箱均接入驅(qū)動控制器。驅(qū)動控制器可自行對各傳感器檢測到的信息與額定數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，一旦傳感器傳輸來的信號不在額定范圍內(nèi)就會自動判定刮板輸送機(jī)出現(xiàn)故障并發(fā)出警告，然后控制圖文顯示器顯示故障界面。

該系統(tǒng)每次運(yùn)行時都會給每個接入設(shè)備分配一個序列號，然后將其接入對應(yīng)的驅(qū)動控制器并激活，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。利用循環(huán)冗余檢驗程序來檢驗控制系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸是否正確，并且采取全雙工通信模式。當(dāng)接入系統(tǒng)的設(shè)備沒有被激活時，此設(shè)備無法被系統(tǒng)識別，通信線路中就會出現(xiàn)不同的循環(huán)冗余檢驗代碼，刮板輸送機(jī)控制系統(tǒng)就無法運(yùn)行。此時可利用現(xiàn)場總線來檢測有多余的設(shè)備接入系統(tǒng)，依靠對比發(fā)出和接受代碼設(shè)備數(shù)量的不同就可判定現(xiàn)場總線出現(xiàn)故障。

2.2 傳感器

在傳感器配電箱上設(shè)有16個信號接入口，其中11個為常用接口，5個為備用接口。通過常用接口接收不同傳感器的輸入信號可以實時檢測到驅(qū)動電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速、CST減速機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速、濾油器的壓差、冷卻油的壓力、系統(tǒng)油壓、聯(lián)軸器內(nèi)的壓力、液壓盤內(nèi)的壓力、液壓油的溫度、聯(lián)軸器片的溫度、聯(lián)軸器內(nèi)的油溫和減速機(jī)內(nèi)的油位信息等信號。

3 刮板輸送機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

刮板輸送機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分包括系統(tǒng)顯示菜單和系統(tǒng)控制流程兩部分。

3.1 系統(tǒng)顯示菜單

如圖2所示，圖文顯示器的菜單系統(tǒng)采用分層設(shè)計。在此系統(tǒng)中，頂上為表層菜單，該層可以顯示驅(qū)動系統(tǒng)的所有功能，不針對某一具體圖文顯示器和驅(qū)動控制系統(tǒng)。菜單的第二層有圖文顯示器和驅(qū)動控制器兩部分，分別可以使用圖文顯示器和驅(qū)動控制器的所有功能；在菜單底層對某一個圖文顯示器和驅(qū)動控制器進(jìn)行特定操作，并且還可以在此界面設(shè)置某一圖文顯示器顯示的參數(shù)和驅(qū)動控制系統(tǒng)的功能。

圖2 系統(tǒng)顯示菜單設(shè)計圖

3.2 系統(tǒng)控制流程設(shè)計

刮板輸送機(jī)自動控制系統(tǒng)的系統(tǒng)控制流程如圖3所示。由圖可知，當(dāng)發(fā)出啟動輸送機(jī)的信號后，自動控制系統(tǒng)會先判別是否有停車信號（外部緊急停車信號或內(nèi)部停車信號），當(dāng)存在停車信號時，刮板輸送機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)不存在停車信號時，系統(tǒng)則判定電機(jī)是否處于待機(jī)狀態(tài)（此時電機(jī)未運(yùn)轉(zhuǎn)，傳感器檢測的各項參數(shù)處于正常范圍，且控制系統(tǒng)內(nèi)通訊正常）。若處于待機(jī)狀態(tài)，操作人員可按下啟動鍵發(fā)出啟車信號，電機(jī)隨之運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖3 系統(tǒng)控制流程圖

由于在設(shè)計時為保證刮板輸送機(jī)的動力充足，因此在其首尾均設(shè)有一臺驅(qū)動電機(jī)。為避免不必要的電能損失，現(xiàn)設(shè)置為兩臺驅(qū)動電機(jī)在正常情況下錯開運(yùn)轉(zhuǎn)時間。在傳感器檢測到負(fù)載較重時，啟動控制器控制兩臺驅(qū)動電機(jī)同時運(yùn)轉(zhuǎn)。并且當(dāng)刮板輸送機(jī)處于停車狀態(tài)時，其底部的鏈條為松弛狀態(tài)。在電機(jī)啟動時會由于底部存在存鏈而導(dǎo)致啟動阻力增大，對電機(jī)造成損害。通過設(shè)置安裝在刮板輸送機(jī)尾部先于頭部的電機(jī)啟動來消除此阻力。

當(dāng)輸送機(jī)工作時間過長，傳動鏈條就會因為內(nèi)部的拉應(yīng)力而伸長，不利于輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。現(xiàn)設(shè)置緊鏈器來拉緊鏈條消除鏈條松弛的狀態(tài)。但由于緊鏈器進(jìn)行張緊鏈條需要消耗一定的時間，因此設(shè)置一個緊鏈器延遲時間以實現(xiàn)緊鏈器同步（在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)通過向沒有連接緊鏈器的驅(qū)動控制器發(fā)出緊鏈過程結(jié)束的信號來使系統(tǒng)判定緊鏈器處于同步狀態(tài)），若緊鏈器未同步，輸送機(jī)就會停機(jī)。

由于刮板輸送機(jī)采用的是通過液壓聯(lián)軸器連接驅(qū)動電機(jī)和減速機(jī)的設(shè)計，因此電機(jī)啟動需要先對液壓聯(lián)軸器進(jìn)行預(yù)充壓，并且對預(yù)加壓設(shè)置一個期限，在預(yù)定期限內(nèi)聯(lián)軸器完成預(yù)充壓的信號會進(jìn)入驅(qū)動控制器，反之則無法啟動。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

2017年3月，該礦3016綜采工作面的刮板輸送機(jī)完成了該自動監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，在為期6個月的工業(yè)試驗期間，由于自動監(jiān)控系統(tǒng)及時并報警提醒工作人員檢修，未出現(xiàn)一次斷鏈、電機(jī)燒毀或鏈條阻卡事故，避免了有效工時的損失。現(xiàn)已在其余綜采工作面的刮板輸送機(jī)上進(jìn)行了安裝應(yīng)用。

5 結(jié)語

刮板輸送機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)的成功實踐表明，自動監(jiān)控系統(tǒng)具有優(yōu)良的啟動性能和監(jiān)控能力，傳感器與驅(qū)動控制的有機(jī)結(jié)合以及科學(xué)的軟件設(shè)計，可以使刮板輸送機(jī)安全高效地運(yùn)行，避免刮板輸送機(jī)出現(xiàn)故障，為煤礦的穩(wěn)定生產(chǎn)提供保障。