礦用提升機(jī)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究

張 卓

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)永定莊煤業(yè)公司綜采一隊(duì)，山西 大同 037000）

引言

受礦山企業(yè)復(fù)雜生產(chǎn)條件、專業(yè)人員培訓(xùn)工作不到位、設(shè)備日常維護(hù)與管理脫節(jié)等因素的影響，導(dǎo)致礦用提升機(jī)在運(yùn)行過程中的安全可靠問題成為當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的難題。本文研究目標(biāo)為雙筒纏繞式礦用提升機(jī)，其中可分為鋼絲繩、配套電機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)、滾筒等。設(shè)計(jì)這一系統(tǒng)的最終目的是滿足對(duì)提升機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)工作，主要針對(duì)提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中的油溫與油壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)、對(duì)制動(dòng)閘瓦間隙進(jìn)行監(jiān)測(cè)及對(duì)電動(dòng)機(jī)電壓與電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概況

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)借助于精度較高的數(shù)字傳感器與變送器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電流、油壓力、油溫度、電機(jī)溫度、電機(jī)電壓、閘瓦間隙、數(shù)字與脈沖信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，利用數(shù)據(jù)采集模塊采集不同傳感器內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息，并上傳到上位機(jī)中，利用監(jiān)測(cè)軟件在計(jì)算完成后將結(jié)果顯示到上位機(jī)上，通過上位機(jī)可以針對(duì)提升機(jī)運(yùn)行過程中的性能參數(shù)進(jìn)行記錄與顯示，并在運(yùn)行狀態(tài)異常時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)與相應(yīng)動(dòng)作指令，有效提升礦用提升機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型如圖1所示。

2 礦用提升機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件組態(tài)

圖1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型

圖2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的硬件部分可分為底層（傳感器層）、監(jiān)測(cè)層及設(shè)備層。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。下層傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度要求較高，并且集合了多種傳感器，可以對(duì)電機(jī)狀態(tài)進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)測(cè)。下位機(jī)選擇和企業(yè)生產(chǎn)的LKPLC也就是設(shè)備層；上部設(shè)備可以完成監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)，稱為監(jiān)測(cè)區(qū)域。其中PLC相關(guān)模塊能夠自動(dòng)收集傳感器中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而后由中央處理器借助交換機(jī)與以太網(wǎng)模塊將數(shù)據(jù)投放到上位機(jī)，再由上位機(jī)當(dāng)中的組態(tài)軟件進(jìn)行分析與整理，最終顯示到顯示屏上。

2.2 上位機(jī)界面

上位機(jī)由數(shù)據(jù)處理分析設(shè)備、數(shù)據(jù)打印設(shè)備及顯示設(shè)備構(gòu)成，該系統(tǒng)可以完成對(duì)分析所得數(shù)據(jù)的編輯并將系統(tǒng)警報(bào)內(nèi)容實(shí)時(shí)打印出來。上位機(jī)可以借助內(nèi)部傳輸系統(tǒng)獲取下位機(jī)當(dāng)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，而這部分信息則可以及時(shí)通過上位機(jī)軟件處理與整理，并顯示到顯示屏當(dāng)中，可以通過上位機(jī)當(dāng)中的輸入設(shè)備，保證工作人員對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)取。必要時(shí)還可以將所需信息進(jìn)行打印，簡化過去人工解析數(shù)據(jù)的煩瑣流程。

2.3 I/O接口

I/O接口選擇西門子EM233系列當(dāng)中的數(shù)字量模塊，但是由于這一系列包括較多模塊，因此結(jié)合PLC設(shè)計(jì)常用的思路來對(duì)I/O接口進(jìn)行設(shè)計(jì)就必須注意一定余度，所以可以選擇由EM233當(dāng)中的16I/16O數(shù)字量模塊進(jìn)行混合。由于中央處理器最多可以同時(shí)容納8個(gè)擴(kuò)展模塊，結(jié)合實(shí)際工作需求，通常輸出量需要小于數(shù)據(jù)采集量，所以選擇EM235系列當(dāng)中的混合I/O模塊，該模塊在系統(tǒng)中擁有數(shù)量最多的模擬量通道。

2.4 傳感器及具體硬件布置方式

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇5個(gè)主要傳感器，可分為旋轉(zhuǎn)編碼器、電壓傳感器、電流傳感器、液壓油站油壓變送器、液壓油站溫度傳感器及閘瓦間隙傳感器。

該系統(tǒng)所有硬件傳感器都是在不對(duì)原有裝置產(chǎn)生影響的基礎(chǔ)上完成安裝與調(diào)試。傳感器線路也全部選擇單獨(dú)線路，可以直接連接到PLC數(shù)據(jù)采集卡當(dāng)中同時(shí)完成數(shù)據(jù)傳送，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具體硬件布置方式如圖3所示。

圖3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件布置方式

3 礦用提升機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 PLC編程軟件

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇以下編程語言：PLC程序由設(shè)計(jì)人員根據(jù)控制系統(tǒng)工作需求，利用PLC編程語言負(fù)責(zé)具體的編制設(shè)計(jì)。按照國際范圍內(nèi)制定的相關(guān)編程語言應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)中梯形圖語言在PLC編程過程中最常應(yīng)用，因?yàn)榭梢栽O(shè)計(jì)更加具有邏輯性的原理圖，因此在使用與觀看時(shí)往往更加直觀，又能夠和原有繼電器保持一致，容易被設(shè)計(jì)人員所掌握。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)流程如圖4所示。

圖4 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)流程

3.2 數(shù)字信號(hào)處理

EM233系列模塊具備DI/O功能，能夠接收編碼形式的信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行解析處理。在該系統(tǒng)當(dāng)中，溫度傳感器收集相關(guān)信號(hào)，而后傳輸?shù)紼M233模塊當(dāng)中，通過模塊處理之后傳輸?shù)絇LC。S7-200軟件程序具備立即型I/O數(shù)字函數(shù)，采集數(shù)字端口和設(shè)備當(dāng)中的信號(hào)，可以將虛擬通道名設(shè)置到相關(guān)的重要功能端口內(nèi)部，利用8條數(shù)據(jù)線其中的數(shù)字接口，每條數(shù)據(jù)線都能獨(dú)立監(jiān)測(cè)一個(gè)信號(hào)開關(guān)。利用模塊內(nèi)部的循環(huán)數(shù)，連接到While循環(huán)端口上。利用參數(shù)Pattern對(duì)所有的數(shù)字線端口進(jìn)行控制，也可以實(shí)現(xiàn)8個(gè)數(shù)字線的端口狀態(tài)返回。

3.3 PLC與上位機(jī)的通信連接

通過標(biāo)準(zhǔn)RS-485通信方式完成上位機(jī)和PLC之間的通信。上位機(jī)當(dāng)中的通信信號(hào)通過一個(gè)RS-232轉(zhuǎn)換到RS-485裝置當(dāng)中，而后再借助于一個(gè)可靠的通信模塊完成與PLC之間的高效率通信。具體通信方式如圖5所示。

圖5 RS232與RS485通信轉(zhuǎn)換流程

4 礦用提升機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具體應(yīng)用分析

這一系統(tǒng)當(dāng)中的傳感器及其數(shù)量如下：溫度傳感器17個(gè)、電壓傳感器1個(gè)、壓力傳感器2個(gè)、振動(dòng)傳感器8個(gè)、擺度監(jiān)測(cè)傳感器2個(gè)、非接觸式位移傳感器24組、電流傳感器1個(gè)、分線箱4個(gè)及上位機(jī)1臺(tái)。在系統(tǒng)試運(yùn)行過程中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，又適當(dāng)增加并修正了一部分，其中增加了傳感器兩組，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)閘盤的實(shí)際擺度情況。在提升機(jī)低速運(yùn)行過程中，操作人員只需按下“擺度檢測(cè)”操作按鈕，系統(tǒng)就可以直接測(cè)量閘盤擺度情況，此時(shí)滾筒會(huì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一圈，而后點(diǎn)擊“停止檢測(cè)”操作按鈕，顯示出的具體數(shù)值即為閘盤擺動(dòng)過程中產(chǎn)生的位移量。在上位機(jī)中可以更加清晰地看出測(cè)量所得的閘瓦間隙數(shù)值，同時(shí)也能夠?qū)﹂l瓦運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。另外，還能夠針對(duì)傳感器所提供的軸承徑向振動(dòng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理。

應(yīng)用效果分析：本系統(tǒng)通過傳感器的相互配合工作，能夠針對(duì)提升機(jī)運(yùn)行過程中的電流報(bào)警、閘間隙報(bào)警等信號(hào)，油溫、油液壓力、電流、電壓等信息進(jìn)行全運(yùn)行流程的顯示，能夠?yàn)楹罄m(xù)在提升機(jī)改造與隱患優(yōu)化等方面提供有力的工作依據(jù)。同時(shí)還可以由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故障記錄，針對(duì)各種故障信息進(jìn)行記錄與保存，由上位機(jī)針對(duì)主控系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)的各種故障類型進(jìn)行及時(shí)報(bào)警、提示及控制，一旦出現(xiàn)突發(fā)故障問題，則可以有效協(xié)助操作人員找到具體的故障位置及故障發(fā)生原因，從而快速解決該問題，保證系統(tǒng)運(yùn)行正常。

5 監(jiān)控系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)分析

首先，要及時(shí)清洗傳感器污漬，防止由于傳感器過長時(shí)間浸泡而影響系統(tǒng)運(yùn)行。其次，需要確保傳感器能夠維持在2～45℃之間的運(yùn)行溫度。再次，需要確保在3 min之內(nèi)不能夠連續(xù)啟動(dòng)兩次系統(tǒng)，同時(shí)每小時(shí)系統(tǒng)的啟動(dòng)次數(shù)不能夠超過12次。最后，需要針對(duì)繼電器輸出過程中的接線柱進(jìn)行定期檢查，避免其出現(xiàn)松動(dòng)，確保接地線能夠?qū)崿F(xiàn)更加安全的連接。

6 結(jié)語

本文基于PLC技術(shù)，針對(duì)礦用提升機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)科學(xué)高效的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過對(duì)各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測(cè)，完成實(shí)時(shí)報(bào)警功能，從而及時(shí)反映出提升機(jī)在作業(yè)過程中的運(yùn)行狀態(tài)，為檢修人員的工作提供有效參考，同時(shí)也能夠避免提升機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)生各種嚴(yán)重故障，保障了故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)解除。