常村煤礦TSD80 型皮帶輸送機監控系統設計與研究

郭銳

（潞安化工集團 常村煤礦，山西 長治 046100）

1 概 況

帶式輸送機是煤炭開采生產的重要設備，具有輸送距離長，結構簡單等優點，提高了煤礦開采的效益與自動化水平。常村煤礦TSD80 型皮帶輸送機膠帶長度1 200 m，帶寬1.5 m，正常工作狀態下帶速為5 m/s，運輸能力為2 000 t/h，皮帶輸送機前中后各布置1 臺3 000 kW 的變頻式驅動電機。由于多臺電機共同驅動，電機之間可能存在不協同或安裝誤差等，導致各驅動電機之間受力不均，因此設計出一套性能可靠、技術先進的帶式輸送機運行監控系統具有重要意義。監控系統可了解設備的運行狀態，對輸送機進行遠程控制。

2 監控系統總體框架設計

根據需要常村煤礦TSD80 型皮帶輸送機實際情況，設計構建一套監控系統，該監控系統為3 層結構，即現場控制層設備、遠程監控和系統通訊，實現對輸送機的監控與控制。PLC 對采集數據進行分析判斷，識別輸送機工作情況，所有操作功集成到中央控制計算機，操作人員可以在中央控制計算機上對輸送機進行遠程監控與控制。監控系統功能如圖1 所示。

圖1 監控系統功能Fig.1 Monitoring system functions

整個控制系統主要由可編程控制器、監控終端、操作平臺、控制程序等組成，各分系統之間依靠WIFI 無線傳輸，分站之間相互聯系又相對獨立，各分站相互協作，實現對輸送機運輸系統與應用系統的控制。監控系統的保護信號主要包括皮帶打滑、皮帶撕裂、溫度超高、跑偏、急停閉鎖等。皮帶輸送機上布置有相應的傳感器，監測設備的溫度以及皮帶的情況，監控數據實時傳回到中央控制器，實現對設備狀態的實時監控。

3 監控系統硬件設計

由于煤礦開采的環境比較惡劣、設備工況復雜，因此對設備的安全性能提出了高的要求，所以在安全、穩定的原則下，監控系統根據實際需求選取合適的硬件配置。

設計的監控系統硬件主要包括控制器、驅動電機、變頻器以及各類傳感器。系統電氣控制單元選擇德國西門子公司生產S500 系列的可編程控制器，采用集成化的模塊設計，功能強大、兼容性好；控制系統電源模塊輸出電流為10 A，輸出電壓24VDC，具備短路和開路保護；選擇QJR 系列的變頻控制器。

系統的主控制電路如圖2 所示，電路設置有多處QF 斷路器，以控制各支線的供電情況。供電電路通過熔斷器FU 為系統各設備提供電力，各線路設置有供電保護器，以防止電流波動大對設備造成影響。皮帶驅動電機采用變頻驅動電機，驅動電機處于變頻驅動模式下，則交流接觸器KM1 吸合，此時主電路向變頻器的A1、B1、C1 端口供電。

圖2 系統主電路Fig.2 Main circuit of the system

4 系統軟件設計

監控軟件為通用型工業監控軟件，可與PLC、各類智能儀表、通信設備等實現信息交互傳遞，監控軟件支持通過OPC 標準傳輸機制與其他程序實現信息交互。根據常村煤礦TSD80 型皮帶輸送機實際情況，輸送機監控系統軟件分為采集系統、顯示系統、控制系統以及用戶管理系統，如圖3所示。

圖3 軟件系統功能Fig.3 Software system functions

數據采集是實現對輸送機監控與控制的基礎，負責將設備的電信號、皮帶運行情況等信息集成傳輸給PLC 控制器，之后通過通信系統傳輸至中央控制計算機。顯示系統主要包括對現場設備狀態的模擬與顯示，狀態參數顯示以及故障信息的顯示，用戶可查閱設備運行的歷史信息，可根據相應的歷史信息繪制各類數據曲線。遠程控制系統是監控系統的核心，系統管理人員可通過中央控制計算機對設備發出控制性指令，控制的功能包括皮帶輸送機啟停、轉速以及故障處理等。用戶管理系統主要是指可配置其他用戶，設定相關用戶的權限和控制區域等。

5 界面設計

操控人員可通過監控系統界面對設備進行快速、便捷控制，如圖4 所示。操作界面的設計要求應顯示各個驅動電機狀態、輸出功率等信息；具有驅動電機變頻器的控制開關；需實現系統控制的手動與自動的切換；顯示電機的轉速和電流的大小，同時顯示電氣系統各個饋電開關的運行狀態。

6 結 語

針對常村煤礦TSD80 型皮帶輸送機存在的問題，設計了一套監控系統。介紹了監控系統的控制方式以及監控系統的總體結構設計框圖，根據實際需求對監控系統的硬件、軟件、操作界面進行了設計。在常村煤礦實踐應用表明，輸送機監控系統達到了各項設計指標，實現了對皮帶輸送機的控制，具有實時曲線以及歷史曲線繪制功能，幫助操作人員提前預判設備可能存在的故障，監控系統可自動監測并對潛在故障進行報警，提高了皮帶輸送機的使用性能和可靠性。