刮板輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及工業(yè)性試驗(yàn)

原云鋒

（山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)陽(yáng)城四侯煤業(yè)有限公司，山西 陽(yáng)城 048108）

引言

刮板輸送機(jī)為綜采工作面配套采煤機(jī)、液壓支架使用的關(guān)鍵設(shè)備，其承擔(dān)著采煤機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)也承擔(dān)著液壓支架的推溜任務(wù)。不斷提升綜采工作面生產(chǎn)的自動(dòng)水平和安全性是未來(lái)煤礦智能化方向著重解決的問(wèn)題[1]。目前，針對(duì)刮板輸送機(jī)的監(jiān)控僅僅實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)本地監(jiān)控，并未完全實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)部分傳動(dòng)及電氣參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。因此，本文著重對(duì)刮板輸送機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控進(jìn)行研究，并對(duì)其工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 刮板輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)要求

本文以SGZ900/1050 雙鏈類(lèi)型的刮板輸送機(jī)為研究對(duì)象，與一般刮板輸送機(jī)相類(lèi)似，其主要由機(jī)頭、機(jī)尾、機(jī)身溜槽部分以及刮板鏈、推移裝置等附屬部件組成，其驅(qū)動(dòng)部件由機(jī)頭、機(jī)尾雙速電機(jī)構(gòu)成。具體動(dòng)力傳輸路徑如下：雙速電機(jī)產(chǎn)生的扭矩經(jīng)由聯(lián)軸器傳遞至減速器，并由減速器傳遞至鏈輪，最后鏈輪帶動(dòng)刮板鏈完成對(duì)刮板輸送機(jī)的推動(dòng)。

為保證刮板輸送機(jī)的正常運(yùn)行需對(duì)如下參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控：設(shè)備鏈輪組件的油溫及油位、減速器的軸承溫度及相關(guān)油箱的油位和油溫、設(shè)備雙速電機(jī)的軸承及繞組溫度以及對(duì)應(yīng)電機(jī)的電流值和功率值[2]。刮板輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)需滿足如下要求：

1）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)獲取其所采集參數(shù)的信息，并實(shí)時(shí)顯示并呈現(xiàn)于用戶，監(jiān)控系統(tǒng)具備打印、儲(chǔ)存以及記錄等功能；

2）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警，并精準(zhǔn)定位故障發(fā)生位置；

3）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的啟?？刂?，并實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備自動(dòng)、手動(dòng)以及單機(jī)/聯(lián)鎖工作模式的控制；

4）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具備對(duì)所采集參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的功能，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果判定設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，尤其是根據(jù)采集數(shù)據(jù)判定設(shè)備是否存在故障。

2 刮板輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

根據(jù)1.1 中所述的刮板輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)所采集的參數(shù)信息及功能要求，可將遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)分解為三個(gè)子系統(tǒng)，分別包括有：機(jī)載監(jiān)控子系統(tǒng)、順槽遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)以及地面遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)[3]。且各個(gè)子系統(tǒng)之間的通信通過(guò)以太網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)，最終實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)的智能化、自動(dòng)化控制。刮板輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。

圖1 刮板輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

3 刮板輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)的核心為隔爆本安型機(jī)載控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)的本地控制和在線監(jiān)測(cè)，且在刮板輸送機(jī)的機(jī)頭、機(jī)尾兩處各安裝一套控制器。該控制器的主要功能為：由其內(nèi)部傳感器對(duì)參數(shù)進(jìn)行采集，并將所采集到數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線以太網(wǎng)上傳至順槽遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[4]。該控制器的核心為PLC控制器，且綜合考慮可靠性和成本的基礎(chǔ)上，該控制器為S7-300 系列。機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件選型如下頁(yè)表1 所示。

機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)的精準(zhǔn)采集，為后續(xù)判斷其運(yùn)行狀態(tài)奠定基礎(chǔ)以及為設(shè)備故障類(lèi)型的判定和定位提高效率。

表1 機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)硬件選型

3.2 順槽遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

順槽遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)智能化、自動(dòng)化控制功能的關(guān)鍵，其是實(shí)現(xiàn)機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)和地面監(jiān)控系統(tǒng)通信的樞紐。順槽遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的核心為對(duì)控制器、監(jiān)控平臺(tái)以及數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)等組成。其中，作業(yè)人員通過(guò)操控控制器上的按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板輸送機(jī)的遠(yuǎn)程控制；數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)可對(duì)機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)所采集到的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)和處理，其核心為基于Wincc 的上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)。

3.3 地面監(jiān)控系統(tǒng)

地面監(jiān)控系統(tǒng)位于調(diào)度中心，其主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，具體包括有：刮板輸送機(jī)的工作狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)以及供配電現(xiàn)狀等。地面監(jiān)控系統(tǒng)主要由基于Wincc 的遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)、基于3DVR 的數(shù)字化監(jiān)測(cè)平臺(tái)、視頻監(jiān)測(cè)平臺(tái)和用于通信的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)[5]。

上述三個(gè)監(jiān)控子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信如圖2 所示。

圖2 刮板輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通信示意圖

如圖2 所示，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間及其PLC 控制器之間的通信依靠S7/TCP 協(xié)議完成。

4 刮板輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的工業(yè)性試驗(yàn)

根據(jù)刮板輸送遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，結(jié)合某煤礦綜采工作面的實(shí)際情況搭建刮板輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，擬基于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板輸送機(jī)的停機(jī)監(jiān)控，并對(duì)刮板輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、故障類(lèi)型、實(shí)時(shí)負(fù)載及故障定位等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。

搭建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)所應(yīng)用的設(shè)備型號(hào)為SGZ900/1050 型刮板輸送機(jī)，平臺(tái)開(kāi)發(fā)所依據(jù)的軟件為西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的上位機(jī)組態(tài)軟件-Wincc 軟件。根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控的參數(shù)類(lèi)型及功能要求，完成對(duì)監(jiān)控平臺(tái)本地?cái)?shù)據(jù)采集、優(yōu)先控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)處理、遠(yuǎn)程監(jiān)控以及信息歸檔等模塊功能的設(shè)計(jì)。

刮板輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)除了可對(duì)刮板輸送機(jī)本身運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警外，還可對(duì)與刮板輸送機(jī)相配套的采煤機(jī)、液壓支架等部分狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確保刮板輸送機(jī)可根據(jù)采煤機(jī)、液壓支架的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。將所搭建的遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，其應(yīng)用效果具體總結(jié)如下：

1）順槽監(jiān)控系統(tǒng)中的HMI 控制器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刮板輸送機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)在順槽位置對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)的控制。

2）當(dāng)刮板輸送機(jī)分別處于輕載、重載以及正常載荷運(yùn)行工況下，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可結(jié)合采煤機(jī)的實(shí)時(shí)姿態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)刮板輸送機(jī)進(jìn)行延時(shí)停機(jī)的控制，并根據(jù)不同的工況計(jì)算出不同延長(zhǎng)時(shí)間將刮板輸送機(jī)停機(jī)。其中，當(dāng)刮板輸送機(jī)為重載運(yùn)行時(shí)，其對(duì)應(yīng)延時(shí)停機(jī)時(shí)長(zhǎng)為30 s；當(dāng)刮板輸送機(jī)為正常負(fù)載運(yùn)行時(shí)，其對(duì)應(yīng)延時(shí)停機(jī)時(shí)長(zhǎng)為15 s；當(dāng)刮板輸送機(jī)為輕載運(yùn)行時(shí)，其對(duì)應(yīng)延時(shí)停機(jī)時(shí)長(zhǎng)為10 s。

3）當(dāng)刮板輸送機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，順槽和地面監(jiān)控均可實(shí)時(shí)顯示故障類(lèi)型并對(duì)故障發(fā)生位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位。

5 結(jié)論

基于WinCC 組態(tài)軟件和PLC 控制器完成對(duì)刮板輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)實(shí)踐表明，可實(shí)時(shí)對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，并根據(jù)采煤機(jī)及設(shè)備的負(fù)載情況實(shí)現(xiàn)不同延時(shí)的停機(jī)效果，可滿足綜采工作面的生產(chǎn)需求。