上倉膠帶機驅動滾筒溫度及振動在線監測改造

孫 超

(神東煤炭集團大柳塔煤礦，陜西 神木 719315)

0 引言

當前，井工煤礦生產的煤炭主要通過膠帶機一級搭接一級地運輸至煤倉，因而膠帶運輸機的正常運轉與煤礦的生產效率息息相關[1-5]。如何在低成本的情況下，通過科學手段升級改造現有設備，讓設備在運行的整個生命周期內安全、穩定、高效地運行成為當下的主要研究對象。近年來對膠帶機的自動化升級改造、集中監控和控制成為膠帶機的發展趨勢[6-10]。如何讓膠帶機能夠較好地用遠程控制的方式運行，只有在實時數據快速準確傳輸的情況下才能實現。通過對大柳塔煤礦5-2煤上倉膠帶機的改造，介紹膠帶機驅動滾筒溫度及振動在線監測改造實施過程。

1 膠帶機改造前概況

大柳塔煤礦5-2煤上倉膠帶機(002膠帶機)于2011年7月投產使用，日運煤量10萬t，是該礦5-2煤的主要運輸設備。若設備損壞更換需用時8 h，則嚴重影響當日生產任務。目前已通過對磁力啟動器和膠帶機控制器的改造實現上位機集中遠程控制。膠帶機示意圖及具體參數，如圖1所示。

圖1 大柳塔煤礦大井5-2煤上倉膠帶機示意圖

膠帶機運量為5 000 t/h，帶速為4.5 m/s，帶寬為2.0 m，傾角為11°，運輸長度為(長×寬×高)=262 m×4.3 m×3.7 m；提升高度為53 m。

2 改造實施方案

大柳塔煤礦大井5-2煤自動化系統控制網絡為千兆以太網工業環網，主要PLC設備位于主井變電所內采用Rockwell公司ControlLogix系列設備。

通過實地調研發現上倉驅動滾筒在安裝時滾筒均未預埋溫度傳感器和振動傳感器，現需增加振動傳感器和溫度傳感器，達到對上倉膠帶機實時監測監控，從而消除監控盲點。

在大柳塔煤礦上倉驅動滾筒上安裝礦用本安型表面溫度傳感器。在滾筒兩側安裝振動傳感器，監測X軸和Y軸方向振動。

2.1 設備選型

傳感器選型：此次改造為上倉膠帶機，選用的改造設備必須遵循礦用產品使用要求。

溫度傳感器選型：在不破壞原有設備性能的條件下，此次改造使用的高強度磁鐵吸附式溫度傳感器，避免破壞原有設備結構影響設備整體性能。此次選用的GWP 200型傳感器，核心元件為PT 100鉑熱電阻，PT 100溫度傳感器是一種將溫度變量轉換為可傳送的標準化輸出信號的儀表，適用于對煤礦機電設備的溫度進行連續測量，在具有爆炸性氣體的混合物場所中使用，傳遞溫度的電信號，為電機軸承專用感溫器，也可測量其它機電設備的溫度變化情況。可與多種需要測量表面溫度的監測系統配套使用。

溫度傳感器檢測模塊選型：本次選用恩泰科公司的XM 361動態溫度監測模塊，讀取到溫度傳感器上傳的電阻信號，通過標準的工業DeviceNet通訊方式，將數據映射到就近PLC內部寄存器中，PLC處理器利用自身的背板通訊將數據快速處理，同時將數據上傳至綜合自動化系統平臺。

振動傳感器選型：選用原則與溫度傳感器相同，所選產品優先選用磁體吸附式礦用產品。文中選用的振動傳感器內裝IC集成電路放大器的振動加速度傳感器，通過礦用阻燃電纜連接信號調理模塊，由本安電源信號調理模塊供電，根據礦用電氣產品本安電氣要求設計的信號調理板由本安供電調理模塊供電，從而為振動加速度傳感器供電，并實現振動信號的調理功能。該儀器在本安試驗中測得的本安參數分別為：本安電壓DC21V，本安電流65 mA，本安電容0 μF，本安電感0 mH。

振動傳感器檢測模塊選型：選用恩泰科公司所產的XM 124動態監測模塊作為數據采集終端，接入振動檢測裝置輸出的振動信號，同時測量FFT和時間波形，同步或者異步，每個通道4個波段。數據接入到動態模塊內，在通過標準的工業DeviceNet通訊方式，將數據映射到就近的PLC內部寄存器中，PLC處理器利用自身的背板通訊將數據快速處理，同時將數據上傳到綜合自動化系統平臺。

2.2 主要設備技術參數

溫度傳感器(GWP200)：量程—0～200 ℃；感溫元件—PT 100；供電電源—無源式；精度—B級；環境溫度—-20～65 ℃；固定方式—M6螺紋固定/磁鐵式；防爆類型—礦用本質安全型；防爆標志—Exib I。

溫度監測模塊(XM-361)：通訊方式—DeviceNet；波特率—根據網絡波特率自動設定125/250/500 kb；輸入信號—6通道熱電阻或熱電偶信號；輸出信號—4～20 mA/每通道對應一路輸出；狀態燈—8LEDS MS/NS/通道狀態；電源—21.6～26.4 VDC，最大電流400 mA；工作溫度—-20～65 ℃；存儲溫度—-40～85 ℃；尺寸—H×W×D=97 mm×94 mm×94 mm；認證—UL/CSA/EEX/CE/C-Tick。

動態監測模塊(XM-124)：通訊接口—DeviceNet；波特率—根據網絡波特率自動設定125/250/500 kb；輸入信號—2通道電壓輸入信號，-10～10 VDC；輸出信號—4～20 mA/每通道對應一路輸出；測量—FFT和時間波形，同步或者異步，每通道4波段；狀態燈—MS/NS/每通道狀態燈；電源—24 VDC，最大電流350 mA；工作溫度—-20～65 ℃；存儲溫度—-40～85 ℃；尺寸—H×W×D=94 mm×94 mm×94 mm；認證：c-UL-us/CE/Ex/KC/C-Tick。

振動檢測裝置(GBC1000)：靈敏度—5 mV/ms2；測量范圍—1～10 kHz；測量加速度范圍—0～50 g；輸出電壓范圍—-5 V～5 VDC；電源—18～30 VDC；外殼防護等級—IP54；防爆類型—礦用本質安全型。

根據實地考察，驅動滾筒溫度和振動數據通過相應的溫度監測模塊與振動檢測裝置接入最近的主井變電所PLC柜，通過此變電所的PLC處理器上傳數據，PLC柜通過TCP/IP協議與綜合自動化系統平臺相連。溫度、振動傳感器組網方式：通過DeviceNet網絡協議接入綜合自動化系統平臺。設備安裝及系統結構方案，如圖2所示。

圖2 系統結構圖

2.3 數據點

模擬量輸出：傳感器傳輸數據為模擬量輸出，數據點有：1#驅動滾筒左溫度、1#驅動滾筒右溫度、1#驅動滾筒左X軸振動幅值、1#驅動滾筒左Y軸振動幅值、1#驅動滾筒右X軸振動幅值、1#驅動滾筒右Y軸振動幅值。

報警：通過平臺設置各個模擬量報警值，系統會自動生成開關量數據用于組態畫面報警，報警后聯鎖響應，開關量數據有：1#驅動滾筒左溫度超限報警點、1#驅動滾筒右溫度超限報警點、1#驅動滾筒左X軸振動幅值超限報警點、1#驅動滾筒左Y軸振動幅值超限報警點、1#驅動滾筒右X軸振動幅值超限報警點、1#驅動滾筒右Y軸振動幅值超限報警點。

綜合自動化系統平臺組態使用相關軟件：通過PLC上傳的溫度、振動數據利用現有Rockwell公司ControlLogix的系統平臺下的RSLINX橋接軟件配置相關的通訊接口模塊，增加對應的傳感器接入綜合自動化系統平臺，然后通過RSVIEW組態軟件將數據以圖表等形式直觀的展現。

綜合自動化平臺與數字礦山統一平臺對接方式：開放綜合自動化系統PLC數據接口，通過RSLINX內的OPC后臺服務開通建立通訊機制，OPC是以OLE/COM機制作為應用程序的通訊標準，打開RSLINX OPC服務，尋找通訊數據地址，將需求變量復制到數據列表中，就可以通過本地在線連接所需要的數據變量。數字礦山統一平臺構建OPC Client服務器接收來自綜合自動化系統平臺溫度和振動系統的數據，構建Client服務器將所收取到的數據進行分發，并通過利用IEC104 Daemod協議轉換軟件將所需數據傳輸給數字礦山統一平臺實時數據服務器，統一平臺人機界面系統直接調取并直觀的顯示到監測大屏中。

3 結語

通過改造，數字礦山統一平臺能夠對大柳塔煤礦5-2煤上倉膠帶機驅動滾筒的溫度和振動數據實時監測，并通過曲線記錄和長時間的振動信號監測設置報警值，一旦超限，進行報警，進一步結合離線點檢儀進行頻譜分析診斷出具體的故障點，監控畫面由礦內調度值班人員24 h監控，一經發現問題第一時間通知使用區隊科學檢修處理現場問題，可以達到預防性維護的功能。在系統新功能的實施過程中，利用原有系統的統一平臺，節約了成本，最終大幅度地提高礦井綜合自動化的整體技術水平。

此次改造為原有功能上的一次升級，通過升級完善原有自動化系統，能夠更全面、更有效地監測監控礦井的膠帶運輸機運行情況，提高礦井運輸環節的透明度，縮短故障診斷時間，具有較好的社會、經濟效益，并且具有很強的移植性和推廣應用前景。