劉建英

(大同煤礦集團(tuán) 云岡礦，山西 大同 037017)

帶式輸送機(jī)作為煤礦開采中的主要運(yùn)輸設(shè)備，憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、作業(yè)效率高、性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，在煤礦得到廣泛應(yīng)用[1]。隨著計(jì)算機(jī)、通訊、檢測(cè)等技術(shù)的不斷發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)也被應(yīng)用到了帶式輸送機(jī)中，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和保護(hù)。但隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，加上井下環(huán)境的惡劣性，導(dǎo)致現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)無法滿足當(dāng)下設(shè)備的作業(yè)需求，保證設(shè)備具有更高的運(yùn)行狀態(tài)，使得對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的綜合性能提出了更高要求[2]。為此，本文結(jié)合現(xiàn)有HD-400型礦用帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，通過試驗(yàn)測(cè)試，所改進(jìn)后的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)帶式輸送機(jī)的作業(yè)效率及安全提供了重要保障。

1 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)存在問題

監(jiān)控系統(tǒng)在HD -400型礦用帶式輸送機(jī)中的廣泛應(yīng)用，大大提高了設(shè)備的運(yùn)行效率及作業(yè)安全。但隨著技術(shù)的不斷提升，加上井下作業(yè)環(huán)境惡劣性，導(dǎo)致現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中存在一定的局限性，監(jiān)控范圍窄、信息誤報(bào)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1) 帶式輸送機(jī)打滑故障檢測(cè)不及時(shí)。膠帶通過與滾筒的相互摩擦接觸，在摩擦力作用下，膠帶進(jìn)行傳輸作業(yè)。當(dāng)兩部件之間的摩擦力不足時(shí)，則會(huì)造成膠帶發(fā)生打滑故障，并使部件的溫度明顯上升。而現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)膠帶的打滑監(jiān)測(cè)方面存在監(jiān)測(cè)不及時(shí)、精度較低問題，不能及時(shí)對(duì)打滑故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且監(jiān)控系統(tǒng)也未對(duì)膠帶打滑時(shí)產(chǎn)生的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行安全構(gòu)成了嚴(yán)重的安全隱患[3]。

2) 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵模塊，采用的是以前設(shè)計(jì)的模塊，隨著部件長(zhǎng)時(shí)間使用，加上技術(shù)的不斷提升，這些模塊已不同程度地出現(xiàn)了設(shè)備老化、響應(yīng)不及時(shí)、以及精度較低、功能單一等問題，無法較好地滿足當(dāng)下帶式輸送機(jī)的安全作業(yè)需求。

3) 由于監(jiān)控系統(tǒng)的長(zhǎng)期使用，導(dǎo)致其運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備溫度過高、電壓過大、膠帶轉(zhuǎn)速過慢等信息的誤報(bào)現(xiàn)象，并由此產(chǎn)生相應(yīng)的急?；驁?bào)警提示，給設(shè)備的正常運(yùn)行帶來了嚴(yán)重影響[4]。

4) 現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)在人機(jī)顯示及報(bào)警方面也存在一定的不足，顯示界面設(shè)計(jì)單一，不能將設(shè)備運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)及信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，且報(bào)警功能也相對(duì)單一，僅能發(fā)出一級(jí)報(bào)警，而不能根據(jù)故障的嚴(yán)重程度發(fā)出相應(yīng)的不同等級(jí)的報(bào)警提示[5]。

綜上分析，針對(duì)帶式輸送機(jī)現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，成為當(dāng)下提高設(shè)備作業(yè)效率及運(yùn)行安全關(guān)鍵。

2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分改進(jìn)設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括了硬件部分和軟件部分，其中，硬件部分主要配備了PLC控制器、控制主站、各類傳感器(溫度、速度、煙霧、電壓等)、通訊電纜、配電柜等，通過各部件的相互連接，組成了監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分。而軟件部分則主要包括設(shè)備的控制程序、報(bào)警程序、主控界面等方面內(nèi)容。下面就該監(jiān)控系統(tǒng)中硬件和軟件的主要部分進(jìn)行介紹。

2.1 PLC控制器的設(shè)計(jì)

PLC控制器是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，主要起到對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、動(dòng)作控制及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等作用。通過對(duì)市場(chǎng)上不同型號(hào)PLC控制器的對(duì)比選型，選用了運(yùn)算能力強(qiáng)、控制精度高、成本低的S7-400系列的PLC控制器[6]。該控制器的輸入信號(hào)均在 4～20 mA范圍內(nèi)，可通過內(nèi)部的整流器，將220 V的工業(yè)電轉(zhuǎn)換為24 V的直流電，能較為方便地與外部電源進(jìn)行對(duì)接。結(jié)合帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求，在PLC控制器接口模塊中，設(shè)計(jì)了8個(gè)I/O模擬量輸入信號(hào)接口、10個(gè)I/O數(shù)字量輸入接口及8個(gè)I/O數(shù)字量輸出接口等，其中，通過各類傳感器檢測(cè)到的設(shè)備工作溫度、運(yùn)轉(zhuǎn)速度、煤倉物位等信號(hào)將通過模擬量輸入模塊輸入至PLC中，而設(shè)備運(yùn)行中的運(yùn)動(dòng)指示、油泵到位、煙霧及堆煤情況等信息將從數(shù)字量輸入模塊輸入至PLC中，最終通過數(shù)字量輸出模塊，將急停、響鈴報(bào)警、運(yùn)動(dòng)命令等信號(hào)進(jìn)行輸出，并命令相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)行設(shè)備的命令操作，PLC控制器接口的連接框架如圖1所示。

圖1 PLC控制器接口的連接框架

2.2 控制主站設(shè)計(jì)

控制主站是監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心和大腦，而整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中的CPU模塊和電源模塊則主要安裝在控制主站中，現(xiàn)有的控制主站大多未設(shè)計(jì)電源模塊，在一定情況下具有較大的使用局限性。針對(duì)主站中的CPU模塊，選用了煤礦中通用的315-2PN/DP模塊，具有運(yùn)算速度快、處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，其主要特點(diǎn)如表1所示。同時(shí)，控制主站中的以太網(wǎng)接口采用了TCP/IP 接口，可支持多種協(xié)議的相互交換?？刂浦髡局械碾娫茨K主要由 UPS 主機(jī)和UPS 電池組成，是一個(gè)電源存儲(chǔ)器，當(dāng)市電正常作業(yè)時(shí)，可通過UPS模塊對(duì)市電進(jìn)行調(diào)節(jié)穩(wěn)壓，之后向負(fù)載提供電源，當(dāng)市電停電時(shí)，UPS模塊則及時(shí)向負(fù)載提供電力，可保證PLC負(fù)載能持續(xù)運(yùn)行5h，以此保證了PLC模塊的正常運(yùn)行。

表1 CPU主要參數(shù)

3 軟件部分設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

結(jié)合前面設(shè)計(jì)的控制主站，需通過軟件編程方式對(duì)設(shè)備的控制程序進(jìn)行編寫。主控程序在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中，起到管理調(diào)度的作用，是控制主站的核心，主要通過模塊中的INPUT模塊，將設(shè)備的檢修、預(yù)告時(shí)間、互鎖、急停等各項(xiàng)功能要求通過編程方式進(jìn)行信號(hào)的集中輸入，之后根據(jù)前端的輸入命令，通過OUTPUT模塊，將啟動(dòng)、停止、預(yù)告等命令進(jìn)行操作信號(hào)的有效輸出。在整個(gè)主控程序編寫中，采用了STEP 7編程軟件中的 LAD梯形圖語言，該語言具有形象直觀、操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用普遍等特點(diǎn)，可自上而下、逐步分解方式對(duì)程序進(jìn)行編寫，由此，完成了主控程序的程序編寫操作。

3.2 保護(hù)程序設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)打滑、跑偏、溫度過高、堆煤、煙霧聚集等故障問題，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，在該監(jiān)控系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了設(shè)備的保護(hù)程序，主要通過前端各類傳感器檢測(cè)到的各類信號(hào)，經(jīng)過PLC控制器的運(yùn)算處理，當(dāng)檢測(cè)到的信號(hào)超過設(shè)置的相應(yīng)閥值時(shí)，PLC則發(fā)出相應(yīng)的保護(hù)命令，如報(bào)警命令、停車命令等，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的保護(hù)，當(dāng)故障問題被清除后，PLC通過信息對(duì)比判斷，方可允許設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。例如，由于該監(jiān)控系統(tǒng)的溫度傳感器測(cè)量范圍為0～55 ℃，主要負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備運(yùn)行過程中的溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制，防止設(shè)備因溫度過高而出現(xiàn)高溫報(bào)警現(xiàn)象，由此，采用STEP7編程軟件，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)中溫度檢測(cè)程序進(jìn)行了編程，其程序的梯形圖如圖2所示。

4 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

針對(duì)改進(jìn)設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)，將其在現(xiàn)有HD-400型礦用帶式輸送機(jī)中進(jìn)行了進(jìn)一步的應(yīng)用測(cè)試，主要是在現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)配置基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)中的PLC、控制主站、控制程序等方面進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)和更新，通過測(cè)試得出：新型監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)信息的響應(yīng)速度更快，精度更高，當(dāng)外部市電斷電情況下，也可保證該監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行；同時(shí)，監(jiān)控界面能將設(shè)備的工作溫度、速度、電流、電壓、井下煙霧濃度等信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和發(fā)送運(yùn)行正?；蚬收蠄?bào)警的相關(guān)提示。該監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試期間，操作人員僅需在監(jiān)控室對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，檢測(cè)設(shè)備故障的作業(yè)時(shí)間同比降低了60%左右，大大降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)間同比增長(zhǎng)了30%左右，給企業(yè)創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。由此，說明改進(jìn)后的監(jiān)控系統(tǒng)能更好地滿足HD-400型帶式輸送機(jī)的使用需求。

圖2 溫度檢測(cè)程序梯形

5 結(jié) 語

技術(shù)的不斷創(chuàng)新，必將帶動(dòng)設(shè)備功能的完善提升，加大對(duì)現(xiàn)有設(shè)備及系統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)改造，是更好地保證設(shè)備正常運(yùn)行的主要手段，也是煤礦企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向。