基于PLC的采煤機(jī)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 強(qiáng)

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)南河煤業(yè)有限公司，山西高平 048400）

0 引言

煤炭行業(yè)在社會其他行業(yè)里有著舉足輕重的位置，是我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一。目前采煤機(jī)在工作時(shí)的安全性和穩(wěn)定性有了更高的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在有許多煤礦對綜采面的生產(chǎn)效率要求較高。采煤機(jī)長年累月在礦井下進(jìn)行采煤工作，所以環(huán)境對采煤機(jī)造成了極大消耗，很容易出現(xiàn)意想不到的問題，輕則停機(jī)，重則停產(chǎn)，給煤炭企業(yè)帶來了巨大損失。為了避免事故的發(fā)生，保證采煤機(jī)在運(yùn)行時(shí)有一定的安全保障，目前主要采取工人在采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行巡視，浪費(fèi)了工人大量的時(shí)間且效果不佳。所以急需監(jiān)測采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備，一旦機(jī)器在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)問題及時(shí)通知工作人員并且可以保證維修人員可以迅速準(zhǔn)確定位故障位置，快速進(jìn)行修理，使采煤機(jī)恢復(fù)運(yùn)營狀態(tài)。

1 采煤機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成

采煤機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成包括：截割系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)以及其他系統(tǒng)。如圖1所示，它是綜采面適用于裝煤和落煤的大型機(jī)械化設(shè)備。

采煤機(jī)在運(yùn)行時(shí)，截割系統(tǒng)是直接工作部分，主要是通過圖1中部位1上的截齒對大的煤塊進(jìn)行切割。圖1中部位3相當(dāng)于采煤機(jī)的供能系統(tǒng)，主要功能是當(dāng)機(jī)器在工作面上移動(dòng)時(shí)，控制它的速度，從而完成開采任務(wù)，采煤機(jī)運(yùn)行的整體工作效率則是牽引裝置所決定的，如果截割系統(tǒng)在工作時(shí)采取較大的阻力，那么牽引系統(tǒng)則會降低采煤機(jī)的運(yùn)行速度，從而起到保護(hù)截齒的作用；而截割系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)阻力較小，那么牽引系統(tǒng)則會加快機(jī)器的前進(jìn)速度，提高采煤機(jī)采煤的速度。液壓系統(tǒng)的重要部分是液壓泵站、管路以及閥體，在采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)主要控制搖臂的擺動(dòng)、噴霧降塵裝置等。

圖1 采煤機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖

2 采煤機(jī)運(yùn)行監(jiān)測控制系統(tǒng)應(yīng)具備的必要條件

采煤機(jī)運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)的主要用途是在采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)對機(jī)器各個(gè)部分零件進(jìn)行監(jiān)控，保證所檢測到的信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)確并且對傳遞信息的速度有一定的保障。所以，該系統(tǒng)必須滿足以下條件。

（1）信息的采集以及分析功能。主要是監(jiān)測采煤機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)各個(gè)部分的狀態(tài)，如果電機(jī)溫度、電壓、電流、載齒負(fù)載等情況出現(xiàn)異常情況?？梢詫⑺杉臄?shù)據(jù)迅速進(jìn)行初步的了解。

（2）故障的判斷以及記錄功能。主要作用是把監(jiān)測到的機(jī)器各部分零件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行收集和處理，并且與預(yù)定程序中的狀態(tài)進(jìn)行對比，如果有一定的偏差可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行輕微的調(diào)整，并且把收集到的問題進(jìn)行記錄，供工作人員分析。

（3）故障報(bào)警功能。如果檢測系統(tǒng)在運(yùn)行過程中檢測到采煤機(jī)某些部位運(yùn)行異常時(shí)，要是與設(shè)定的指數(shù)有一定的偏差，則會發(fā)出聲音提醒工作人員，并且進(jìn)行分析與處理。

（4）傳遞信息的功能和顯示指標(biāo)的功能。監(jiān)測系統(tǒng)把收集到的數(shù)據(jù)給每個(gè)控制中心傳送過去，并且將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，以曲線以及表格的方式在屏幕上顯示出來，方便技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3 采煤機(jī)運(yùn)行監(jiān)測控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

采煤機(jī)的監(jiān)測控制系統(tǒng)主要由感知層（監(jiān)測層）、傳輸層（網(wǎng)絡(luò)層）、應(yīng)用層（控制層）構(gòu)成?？梢詫Σ擅簷C(jī)在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)各個(gè)零件的狀態(tài)進(jìn)行更直觀的監(jiān)控，同時(shí)把收集到的數(shù)據(jù)迅速安全地傳達(dá)到控制中心，實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制。

圖2 采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

（1）監(jiān)測層。感知層也就是監(jiān)測層，是由采煤機(jī)系統(tǒng)里的電壓表、電流表、溫度傳感器以及壓力傳感器等組成。它主要功能是采集采煤機(jī)在運(yùn)行時(shí)各部分機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，把收集到的數(shù)據(jù)處理后再輸送到PLC中心。監(jiān)測層是采煤機(jī)在使用時(shí)所需要的最基礎(chǔ)的設(shè)施，因?yàn)槭占瘮?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及所需時(shí)間的多少都直接關(guān)系到檢測系統(tǒng)是否可以把數(shù)據(jù)輸送到技術(shù)人員的手中，所以對技術(shù)要求更嚴(yán)格。

（2）網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層是一樣的，主要是把控制層和監(jiān)測層連接起來。CAN控制局域網(wǎng)是主要組成部分，網(wǎng)絡(luò)層的主要作用是把上一層收集到的信息傳遞給控制中心，并且把控制中心處理好的數(shù)據(jù)再下達(dá)到控制層，并且把工作人員對一線采煤機(jī)控制區(qū)的命令準(zhǔn)確傳送過去，實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程控制。

（3）控制層?？刂茖拥母拍詈蛻?yīng)用層是一樣的，控制層是采煤機(jī)在地面使用時(shí)的心臟。在控制層的部分有各種操作平臺和顯示器，上一結(jié)構(gòu)把它收集到的信息以曲線和表格的方式呈現(xiàn)出來，那么在控制中心處的工作人員就可以迅速了解到采煤機(jī)的運(yùn)行情況，如果采煤機(jī)出現(xiàn)任何異常。工作人員就可以在控制中心通過計(jì)算機(jī)直接下達(dá)命令，對礦井下的采煤機(jī)進(jìn)行控制。

4 監(jiān)測控制系統(tǒng)抗外部信號干擾的設(shè)計(jì)

采煤機(jī)在礦井下綜采面的空間位置狹窄，環(huán)境惡劣，所以在采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)供電電網(wǎng)所產(chǎn)生的電壓會出現(xiàn)異常，除此之外，其他設(shè)備出現(xiàn)的電磁波也嚴(yán)重波及到監(jiān)控系統(tǒng)對采煤機(jī)數(shù)據(jù)的收集以及傳遞數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。所以，迫切需要在監(jiān)測系統(tǒng)中安置一個(gè)專門抗干擾的儀器，以確保在傳遞信息時(shí)檢測系統(tǒng)不會出現(xiàn)錯(cuò)誤。

（1）過濾電磁波的設(shè)計(jì)。主要是在機(jī)器傳感設(shè)備的電源處放1個(gè)電解容器，為了防止其他機(jī)器產(chǎn)生的高頻率波長對設(shè)備的干擾，在電路處設(shè)置1個(gè)分支電路并且串聯(lián)1個(gè)電容。

（2）對傳輸網(wǎng)絡(luò)電路采用屏蔽電纜。為了減少其他信號對信息傳遞的影響，在監(jiān)測系統(tǒng)中，使用七芯的屏蔽電纜，而且將所用的電纜都與大地相接。

（3）模數(shù)獨(dú)立設(shè)計(jì)。在傳遞信息的時(shí)候，數(shù)字電路也會產(chǎn)生一定的干擾，為了避免這些干擾，把數(shù)字電路和模擬電路都分開存放，減少干擾。

5 結(jié)束語

本文主要是根據(jù)目前煤礦采綜面自動(dòng)化發(fā)展的要求，分析了目前采煤機(jī)結(jié)構(gòu)和控制要求，提出了對采煤機(jī)在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行監(jiān)控的設(shè)計(jì)，同時(shí)對各個(gè)系統(tǒng)的要求都進(jìn)行了描述。該系統(tǒng)不僅對采煤機(jī)在運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行了監(jiān)測，而且有意外發(fā)生時(shí)會自動(dòng)報(bào)警并且進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，從而對采煤機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行一定的調(diào)度，確保采煤機(jī)在運(yùn)行中減少事故的發(fā)生。不僅提高了采煤機(jī)的運(yùn)行速率也增加了它的使用壽命，對煤炭企業(yè)的生產(chǎn)安全也有保障。