皮帶運輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺的設計與實現(xiàn)

曹 然

(大同煤礦集團有限責任公司，山西 大同 037000)

皮帶運輸系統(tǒng)作為煤礦井下重要的連續(xù)運輸設備，其工作效率直接影響著整個礦井的煤炭開采效率。皮帶運輸系統(tǒng)設備多、鋪設線路長、各設備之間存在邏輯閉鎖關(guān)系，以致皮帶運輸系統(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]. 設計并實現(xiàn)一種皮帶運輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺，在皮帶運輸系統(tǒng)發(fā)生故障時，及時、準確定位故障點，根據(jù)該故障點的提示解決故障，或者將故障信息轉(zhuǎn)述給開發(fā)人員，由其協(xié)助快速解決故障，保證皮帶運輸系統(tǒng)的連續(xù)、安全、穩(wěn)定運行。

1 皮帶運輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺的系統(tǒng)設計

根據(jù)大同煤礦集團云岡礦實際生產(chǎn)需求，對其皮帶運輸系統(tǒng)增加監(jiān)控平臺功能，該監(jiān)控平臺的系統(tǒng)設計見圖1，核心硬件為PLC控制器以及監(jiān)控平臺人機界面，PLC控制器獲取傳感器、開關(guān)、語音報警以及變頻器等設備的數(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)送給皮帶運輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺，將數(shù)據(jù)信息在平臺上進行顯示，方便對皮帶運輸系統(tǒng)進行監(jiān)控，發(fā)生故障時對故障能及時定位并解決。

圖1 皮帶運輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺系統(tǒng)設計圖

該皮帶運輸系統(tǒng)包含有3臺電機，由變頻器進行恒轉(zhuǎn)速或恒轉(zhuǎn)矩控制，通過CAN通信方式將變頻器組的運行狀態(tài)、運行參數(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，這些傳感器實時監(jiān)測皮帶運輸系統(tǒng)的運行狀態(tài)，保證其連續(xù)、安全、穩(wěn)定運行。PLC控制器獲取上述傳感器組數(shù)據(jù)，當任何一個傳感器數(shù)據(jù)處于非正常范圍時，由PLC控制器觸發(fā)報警并在監(jiān)控平臺顯示。開關(guān)類主要包括急停、啟動、停止等開關(guān)量按鈕，用于對皮帶運輸系統(tǒng)進行手動控制。語音報警安裝在皮帶運輸系統(tǒng)的沿線，當皮帶運輸系統(tǒng)啟動、停止或者有故障發(fā)生時，觸發(fā)語音報警。

2 監(jiān)控平臺的硬件選型

在皮帶運輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺的設計中，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，開關(guān)類硬件選用沈陽廣角礦用隔爆型控制按鈕以及礦用隔爆型急停按鈕。語音報警器選用天津華寧KTK101-1型組合擴音電話報警裝置。監(jiān)控平臺人機界面選用威倫通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%，測量范圍為0～6 m/s. 堆煤傳感器選用GUJ15型，用于檢測皮帶上煤塊的堆積、堵塞。煙霧傳感器選用GQG5礦用本質(zhì)安全型煙霧傳感器，用于檢測皮帶運輸中出現(xiàn)的煙霧，以防火災的發(fā)生。當煙霧濃度≥5% osb/m時，該傳感器動作，響應時間≤20 s. 溫度傳感器選用礦用本質(zhì)安全型紅外溫度傳感器，其測量范圍為0～300℃[4-5].

3 監(jiān)控平臺的軟件設計

皮帶運輸系統(tǒng)軟件采用PLC編程實現(xiàn)，該監(jiān)控平臺的數(shù)據(jù)處理流程見圖2. 首先，PLC控制器與監(jiān)控平臺需要建立Modbus TCP通信，用于傳送數(shù)據(jù)的通信連接。監(jiān)控平臺獲取到PLC控制器傳送的數(shù)據(jù)后要對該數(shù)據(jù)進行分類，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)控平臺上直接進行顯示；如果是故障信息，如傳感器類故障、開關(guān)類故障、電機類故障等，則進行故障信息處理流程；如果是數(shù)據(jù)信息，如皮帶運行實時速度、皮帶運行累計時間等，則在監(jiān)控平臺上直接進行顯示。

圖2 監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)處理流程圖

皮帶運輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺的故障信息處理流程見圖3，監(jiān)控平臺接收到PLC控制器的故障信息后，首先對該故障信息進行分類，分為開關(guān)量故障、傳感器故障以及電機故障3類。開關(guān)量故障即為PLC控制器輸入開關(guān)量以及輸出開關(guān)量故障；傳感器故障即為皮帶運輸系統(tǒng)中的速度傳感器、煙霧傳感器、堆煤傳感器等；電機故障即為電機過熱、過流、過載等故障。對于上述發(fā)生的3類故障，需要在監(jiān)控平臺上顯示故障信息類別以及具體故障內(nèi)容。當點擊某一種故障信息后，監(jiān)控平臺會彈出一個窗口，在該窗口中會進一步提示該故障的具體位置，并會給出解決該故障的具體措施。這樣，利用皮帶運輸系統(tǒng)的監(jiān)控平臺，能夠及時、準確地處理故障，保證皮帶運輸系統(tǒng)生產(chǎn)效率。當無法處理故障時，可以將該故障信息描述轉(zhuǎn)述給開發(fā)人員，由其協(xié)助處理。

圖3 監(jiān)控平臺故障信息處理流程圖

圖4 速度傳感器工作流程圖

皮帶運輸系統(tǒng)中的傳感器用于實時監(jiān)測皮帶系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如速度傳感器用于監(jiān)測皮帶運行速度，及傳動滾筒速度。當速度傳感器獲取到這兩個速度值后，對其進行分析，如果滑差率≥7%，且時間未超過20 s時，觸發(fā)報警裝置進行報警；如時間超過20 s，則直接停機。速度傳感器工作流程圖見圖4.

4 監(jiān)控平臺的顯示界面

皮帶運輸系統(tǒng)監(jiān)控平臺顯示界面見圖5，分為3部分，第一部分為電機狀態(tài)顯示，如有3個電機、分別指示出其“有電”、“運行”以及“故障”點，以及電壓值、電流值以及功率值；第二部分為皮帶運行參數(shù)顯示，即皮帶運行實時速度、皮帶運行時間等，皮帶運行速度最大限制為4.5 m/s，一般情況下運行速度為3.0 m/s，日運行時間為16 h；第三部分為故障信息，包括故障狀態(tài)點，如“電機故障(過熱、過流、過載等)”、“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”。通過故障狀態(tài)點可以知道是哪一類故障，通過“故障描述”可以知道該類的哪一個故障，通過“解決提示”可以輕松、方便地解決該故障。

圖5 監(jiān)控平臺顯示界面圖

5 結(jié) 論

增加監(jiān)控平臺的皮帶運輸系統(tǒng)，提高了皮帶運輸系統(tǒng)的故障定位以及解決效率，使得皮帶運輸系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，通過監(jiān)控平臺，可以及時、準確地對故障點進行定位并解決，并能夠準確掌握皮帶運輸系統(tǒng)的運行狀態(tài)、各參數(shù)信息。該設計方案已經(jīng)完成工業(yè)性試驗，在后續(xù)的設計中，根據(jù)實際工況對監(jiān)控平臺的參數(shù)、狀態(tài)以及故障信息進行優(yōu)化，為皮帶運輸系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、連續(xù)運行提高強有力的保證。