常村煤礦TSD80 型皮帶輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

郭銳

（潞安化工集團(tuán) 常村煤礦，山西 長治 046100）

1 概 況

帶式輸送機(jī)是煤炭開采生產(chǎn)的重要設(shè)備，具有輸送距離長，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，提高了煤礦開采的效益與自動(dòng)化水平。常村煤礦TSD80 型皮帶輸送機(jī)膠帶長度1 200 m，帶寬1.5 m，正常工作狀態(tài)下帶速為5 m/s，運(yùn)輸能力為2 000 t/h，皮帶輸送機(jī)前中后各布置1 臺3 000 kW 的變頻式驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于多臺電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)，電機(jī)之間可能存在不協(xié)同或安裝誤差等，導(dǎo)致各驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間受力不均，因此設(shè)計(jì)出一套性能可靠、技術(shù)先進(jìn)的帶式輸送機(jī)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)具有重要意義。監(jiān)控系統(tǒng)可了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對輸送機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2 監(jiān)控系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

根據(jù)需要常村煤礦TSD80 型皮帶輸送機(jī)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)構(gòu)建一套監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)為3 層結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場控制層設(shè)備、遠(yuǎn)程監(jiān)控和系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)對輸送機(jī)的監(jiān)控與控制。PLC 對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，識別輸送機(jī)工作情況，所有操作功集成到中央控制計(jì)算機(jī)，操作人員可以在中央控制計(jì)算機(jī)上對輸送機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制。監(jiān)控系統(tǒng)功能如圖1 所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)功能Fig.1 Monitoring system functions

整個(gè)控制系統(tǒng)主要由可編程控制器、監(jiān)控終端、操作平臺、控制程序等組成，各分系統(tǒng)之間依靠WIFI 無線傳輸，分站之間相互聯(lián)系又相對獨(dú)立，各分站相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)對輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)與應(yīng)用系統(tǒng)的控制。監(jiān)控系統(tǒng)的保護(hù)信號主要包括皮帶打滑、皮帶撕裂、溫度超高、跑偏、急停閉鎖等。皮帶輸送機(jī)上布置有相應(yīng)的傳感器，監(jiān)測設(shè)備的溫度以及皮帶的情況，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回到中央控制器，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

由于煤礦開采的環(huán)境比較惡劣、設(shè)備工況復(fù)雜，因此對設(shè)備的安全性能提出了高的要求，所以在安全、穩(wěn)定的原則下，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需求選取合適的硬件配置。

設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)硬件主要包括控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變頻器以及各類傳感器。系統(tǒng)電氣控制單元選擇德國西門子公司生產(chǎn)S500 系列的可編程控制器，采用集成化的模塊設(shè)計(jì)，功能強(qiáng)大、兼容性好；控制系統(tǒng)電源模塊輸出電流為10 A，輸出電壓24VDC，具備短路和開路保護(hù)；選擇QJR 系列的變頻控制器。

系統(tǒng)的主控制電路如圖2 所示，電路設(shè)置有多處QF 斷路器，以控制各支線的供電情況。供電電路通過熔斷器FU 為系統(tǒng)各設(shè)備提供電力，各線路設(shè)置有供電保護(hù)器，以防止電流波動(dòng)大對設(shè)備造成影響。皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于變頻驅(qū)動(dòng)模式下，則交流接觸器KM1 吸合，此時(shí)主電路向變頻器的A1、B1、C1 端口供電。

圖2 系統(tǒng)主電路Fig.2 Main circuit of the system

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控軟件為通用型工業(yè)監(jiān)控軟件，可與PLC、各類智能儀表、通信設(shè)備等實(shí)現(xiàn)信息交互傳遞，監(jiān)控軟件支持通過OPC 標(biāo)準(zhǔn)傳輸機(jī)制與其他程序?qū)崿F(xiàn)信息交互。根據(jù)常村煤礦TSD80 型皮帶輸送機(jī)實(shí)際情況，輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件分為采集系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及用戶管理系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 軟件系統(tǒng)功能Fig.3 Software system functions

數(shù)據(jù)采集是實(shí)現(xiàn)對輸送機(jī)監(jiān)控與控制的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)將設(shè)備的電信號、皮帶運(yùn)行情況等信息集成傳輸給PLC 控制器，之后通過通信系統(tǒng)傳輸至中央控制計(jì)算機(jī)。顯示系統(tǒng)主要包括對現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的模擬與顯示，狀態(tài)參數(shù)顯示以及故障信息的顯示，用戶可查閱設(shè)備運(yùn)行的歷史信息，可根據(jù)相應(yīng)的歷史信息繪制各類數(shù)據(jù)曲線。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)管理人員可通過中央控制計(jì)算機(jī)對設(shè)備發(fā)出控制性指令，控制的功能包括皮帶輸送機(jī)啟停、轉(zhuǎn)速以及故障處理等。用戶管理系統(tǒng)主要是指可配置其他用戶，設(shè)定相關(guān)用戶的權(quán)限和控制區(qū)域等。

5 界面設(shè)計(jì)

操控人員可通過監(jiān)控系統(tǒng)界面對設(shè)備進(jìn)行快速、便捷控制，如圖4 所示。操作界面的設(shè)計(jì)要求應(yīng)顯示各個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)狀態(tài)、輸出功率等信息；具有驅(qū)動(dòng)電機(jī)變頻器的控制開關(guān)；需實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的手動(dòng)與自動(dòng)的切換；顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流的大小，同時(shí)顯示電氣系統(tǒng)各個(gè)饋電開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)。

6 結(jié) 語

針對常村煤礦TSD80 型皮帶輸送機(jī)存在的問題，設(shè)計(jì)了一套監(jiān)控系統(tǒng)。介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的控制方式以及監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖，根據(jù)實(shí)際需求對監(jiān)控系統(tǒng)的硬件、軟件、操作界面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在常村煤礦實(shí)踐應(yīng)用表明，輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到了各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了對皮帶輸送機(jī)的控制，具有實(shí)時(shí)曲線以及歷史曲線繪制功能，幫助操作人員提前預(yù)判設(shè)備可能存在的故障，監(jiān)控系統(tǒng)可自動(dòng)監(jiān)測并對潛在故障進(jìn)行報(bào)警，提高了皮帶輸送機(jī)的使用性能和可靠性。