皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曹 然

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 大同 037000)

皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)作為煤礦井下重要的連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，其工作效率直接影響著整個(gè)礦井的煤炭開(kāi)采效率。皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備多、鋪設(shè)線路長(zhǎng)、各設(shè)備之間存在邏輯閉鎖關(guān)系，以致皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的故障發(fā)生率較高，如皮帶跑偏、皮帶斷裂、滾筒損壞、聲音異常等，影響煤炭安全、連續(xù)、高效生產(chǎn)[1-3]. 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)，在皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)、準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，根據(jù)該故障點(diǎn)的提示解決故障，或者將故障信息轉(zhuǎn)述給開(kāi)發(fā)人員，由其協(xié)助快速解決故障，保證皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的連續(xù)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)大同煤礦集團(tuán)云岡礦實(shí)際生產(chǎn)需求，對(duì)其皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)增加監(jiān)控平臺(tái)功能，該監(jiān)控平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1，核心硬件為PLC控制器以及監(jiān)控平臺(tái)人機(jī)界面，PLC控制器獲取傳感器、開(kāi)關(guān)、語(yǔ)音報(bào)警以及變頻器等設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)PLC控制器綜合分析處理后，以Modbus TCP的通信方式發(fā)送給皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)，將數(shù)據(jù)信息在平臺(tái)上進(jìn)行顯示，方便對(duì)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)生故障時(shí)對(duì)故障能及時(shí)定位并解決。

圖1 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

該皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)包含有3臺(tái)電機(jī)，由變頻器進(jìn)行恒轉(zhuǎn)速或恒轉(zhuǎn)矩控制，通過(guò)CAN通信方式將變頻器組的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、故障信息發(fā)送給PLC控制器。傳感器組包括速度傳感器、堆煤傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器等，這些傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，保證其連續(xù)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。PLC控制器獲取上述傳感器組數(shù)據(jù)，當(dāng)任何一個(gè)傳感器數(shù)據(jù)處于非正常范圍時(shí)，由PLC控制器觸發(fā)報(bào)警并在監(jiān)控平臺(tái)顯示。開(kāi)關(guān)類主要包括急停、啟動(dòng)、停止等開(kāi)關(guān)量按鈕，用于對(duì)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)控制。語(yǔ)音報(bào)警安裝在皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的沿線，當(dāng)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)啟動(dòng)、停止或者有故障發(fā)生時(shí)，觸發(fā)語(yǔ)音報(bào)警。

2 監(jiān)控平臺(tái)的硬件選型

在皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，PLC控制器選用EPEC 6100系列，變頻器選用匯川W4型四象限變頻器，開(kāi)關(guān)類硬件選用沈陽(yáng)廣角礦用隔爆型控制按鈕以及礦用隔爆型急停按鈕。語(yǔ)音報(bào)警器選用天津華寧KTK101-1型組合擴(kuò)音電話報(bào)警裝置。監(jiān)控平臺(tái)人機(jī)界面選用威倫通emt3070b型HMI. 速度傳感器選用GSH6型電感式速度傳感器，其基本誤差為±2.5%，測(cè)量范圍為0～6 m/s. 堆煤傳感器選用GUJ15型，用于檢測(cè)皮帶上煤塊的堆積、堵塞。煙霧傳感器選用GQG5礦用本質(zhì)安全型煙霧傳感器，用于檢測(cè)皮帶運(yùn)輸中出現(xiàn)的煙霧，以防火災(zāi)的發(fā)生。當(dāng)煙霧濃度≥5% osb/m時(shí)，該傳感器動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間≤20 s. 溫度傳感器選用礦用本質(zhì)安全型紅外溫度傳感器，其測(cè)量范圍為0～300℃[4-5].

3 監(jiān)控平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)

皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)軟件采用PLC編程實(shí)現(xiàn)，該監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理流程見(jiàn)圖2. 首先，PLC控制器與監(jiān)控平臺(tái)需要建立Modbus TCP通信，用于傳送數(shù)據(jù)的通信連接。監(jiān)控平臺(tái)獲取到PLC控制器傳送的數(shù)據(jù)后要對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，如果該數(shù)據(jù)是系統(tǒng)信息，如電壓、電流、功率等，則在監(jiān)控平臺(tái)上直接進(jìn)行顯示；如果是故障信息，如傳感器類故障、開(kāi)關(guān)類故障、電機(jī)類故障等，則進(jìn)行故障信息處理流程；如果是數(shù)據(jù)信息，如皮帶運(yùn)行實(shí)時(shí)速度、皮帶運(yùn)行累計(jì)時(shí)間等，則在監(jiān)控平臺(tái)上直接進(jìn)行顯示。

圖2 監(jiān)控平臺(tái)數(shù)據(jù)處理流程圖

皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)的故障信息處理流程見(jiàn)圖3，監(jiān)控平臺(tái)接收到PLC控制器的故障信息后，首先對(duì)該故障信息進(jìn)行分類，分為開(kāi)關(guān)量故障、傳感器故障以及電機(jī)故障3類。開(kāi)關(guān)量故障即為PLC控制器輸入開(kāi)關(guān)量以及輸出開(kāi)關(guān)量故障；傳感器故障即為皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中的速度傳感器、煙霧傳感器、堆煤傳感器等；電機(jī)故障即為電機(jī)過(guò)熱、過(guò)流、過(guò)載等故障。對(duì)于上述發(fā)生的3類故障，需要在監(jiān)控平臺(tái)上顯示故障信息類別以及具體故障內(nèi)容。當(dāng)點(diǎn)擊某一種故障信息后，監(jiān)控平臺(tái)會(huì)彈出一個(gè)窗口，在該窗口中會(huì)進(jìn)一步提示該故障的具體位置，并會(huì)給出解決該故障的具體措施。這樣，利用皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的監(jiān)控平臺(tái)，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地處理故障，保證皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)生產(chǎn)效率。當(dāng)無(wú)法處理故障時(shí)，可以將該故障信息描述轉(zhuǎn)述給開(kāi)發(fā)人員，由其協(xié)助處理。

圖3 監(jiān)控平臺(tái)故障信息處理流程圖

圖4 速度傳感器工作流程圖

皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)中的傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮帶系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如速度傳感器用于監(jiān)測(cè)皮帶運(yùn)行速度，及傳動(dòng)滾筒速度。當(dāng)速度傳感器獲取到這兩個(gè)速度值后，對(duì)其進(jìn)行分析，如果滑差率≥7%，且時(shí)間未超過(guò)20 s時(shí)，觸發(fā)報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警；如時(shí)間超過(guò)20 s，則直接停機(jī)。速度傳感器工作流程圖見(jiàn)圖4.

4 監(jiān)控平臺(tái)的顯示界面

皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)顯示界面見(jiàn)圖5，分為3部分，第一部分為電機(jī)狀態(tài)顯示，如有3個(gè)電機(jī)、分別指示出其“有電”、“運(yùn)行”以及“故障”點(diǎn)，以及電壓值、電流值以及功率值；第二部分為皮帶運(yùn)行參數(shù)顯示，即皮帶運(yùn)行實(shí)時(shí)速度、皮帶運(yùn)行時(shí)間等，皮帶運(yùn)行速度最大限制為4.5 m/s，一般情況下運(yùn)行速度為3.0 m/s，日運(yùn)行時(shí)間為16 h；第三部分為故障信息，包括故障狀態(tài)點(diǎn)，如“電機(jī)故障(過(guò)熱、過(guò)流、過(guò)載等)”、“傳感器故障(速度傳感器、堆煤傳感器、煙霧傳感器等)”，以及“故障描述”和“解決提示”。通過(guò)故障狀態(tài)點(diǎn)可以知道是哪一類故障，通過(guò)“故障描述”可以知道該類的哪一個(gè)故障，通過(guò)“解決提示”可以輕松、方便地解決該故障。

圖5 監(jiān)控平臺(tái)顯示界面圖

5 結(jié) 論

增加監(jiān)控平臺(tái)的皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)，提高了皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的故障定位以及解決效率，使得皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)，可以及時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位并解決，并能夠準(zhǔn)確掌握皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、各參數(shù)信息。該設(shè)計(jì)方案已經(jīng)完成工業(yè)性試驗(yàn)，在后續(xù)的設(shè)計(jì)中，根據(jù)實(shí)際工況對(duì)監(jiān)控平臺(tái)的參數(shù)、狀態(tài)以及故障信息進(jìn)行優(yōu)化，為皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行提高強(qiáng)有力的保證。