張光輝
(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)沁秀公司, 山西 晉城 048006)
近10 年來(lái),隨著國(guó)家對(duì)煤炭資源需求量的迅猛增加和煤礦企業(yè)產(chǎn)能的持續(xù)擴(kuò)張,多繩摩擦式提升機(jī)因提升速度快、提升載荷大、提升效率高和安全可靠性高等突出優(yōu)點(diǎn),在大中型礦井中得到廣泛應(yīng)用[1]。研發(fā)多繩摩擦式提升機(jī)天輪智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)天輪運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制和故障報(bào)警,提升系統(tǒng)安全可靠性。
岳城煤礦為沁秀公司下屬生產(chǎn)礦井,現(xiàn)運(yùn)輸副井安裝JKM-2.25×4 型多繩摩擦式提升機(jī),為保證運(yùn)輸系統(tǒng)可靠,需定期對(duì)天輪進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。目前,天輪維護(hù)主要靠人工手動(dòng)作業(yè),對(duì)其整體運(yùn)行狀況和軸承運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行檢查。一方面人工登高作業(yè)效率低危險(xiǎn)較大,另一方面維護(hù)檢修期間會(huì)造成副井提升工作停運(yùn),影響礦井正常運(yùn)行。因此,非常有必要研發(fā)一種天輪智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)天輪的運(yùn)行參數(shù)(輪輻偏擺、振動(dòng)、軸承溫度)和運(yùn)行工況,實(shí)現(xiàn)天輪主軸軸承遠(yuǎn)程自動(dòng)化定量潤(rùn)滑維護(hù)。
系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1 所示。
圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖
2.1.1 傳感器集成化安裝單元設(shè)計(jì)
研發(fā)一種傳感器集成化安裝單元,在該安裝單元上集成化設(shè)置了各監(jiān)測(cè)傳感器的安裝位置(包括軸向振動(dòng)傳感器、水平徑向振動(dòng)傳感器、垂直徑向振動(dòng)傳感器、軸承溫度傳感器)。將傳感器集成化安裝單元替換現(xiàn)有的軸承端蓋,即可保證各監(jiān)測(cè)傳感器的便捷、可靠安裝,如圖2 所示。
圖2 傳感器集成化安裝單元安裝布置圖
在該安裝單元上設(shè)有注油孔和泄油孔,為天輪主軸軸承自動(dòng)化定量潤(rùn)滑維護(hù)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。傳感器集成化安裝單元采用整塊45 號(hào)鋼板加工制作,表面采用熱鍍鋅長(zhǎng)效防腐處理,美觀耐腐[2]。每個(gè)傳感器集成化安裝單元外側(cè),均裝設(shè)有安全防護(hù)罩,抗外物沖擊,防雨雪侵蝕,確保各監(jiān)測(cè)傳感器運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。
2.1.2 天輪軸承自動(dòng)化注油潤(rùn)滑維護(hù)設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)天輪主軸軸承自動(dòng)化注油潤(rùn)滑維護(hù),在高、低位天輪平臺(tái)處,各設(shè)置1 臺(tái)高可靠性自動(dòng)注油機(jī),如下頁(yè)圖3 所示。
圖3 中,注油機(jī)通過(guò)雙路輸出的雙層鋼絲網(wǎng)高壓膠管,與天輪左右軸端的傳感器集成化安裝單元上的注油孔連接,連接方式采用螺紋連接并配合O型圈密封。通過(guò)位于注油機(jī)處的電控箱和絞車房液晶顯示終端(注油機(jī)液位顯示及遠(yuǎn)程控制模塊),實(shí)現(xiàn)天輪主軸軸承自動(dòng)化定量潤(rùn)滑維護(hù)的近程控制和遠(yuǎn)程控制。
圖3 高可靠性自動(dòng)注油機(jī)
2.2.1 PLC 控制主站設(shè)計(jì)
在絞車房控制室裝設(shè)一套絞車房PLC 控制主站。絞車房PLC 控制主站安裝在主站機(jī)柜內(nèi)。絞車房PLC 控制主站集成光纖以太網(wǎng)交換機(jī)、繼電器控制板、語(yǔ)音報(bào)警等功能模塊,實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和視頻的接收和傳輸,并實(shí)現(xiàn)安全控制輸出和語(yǔ)音報(bào)警控制輸出[3]。絞車房PLC 控制主站設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與分站設(shè)計(jì)基本相同。
2.2.2 PLC 數(shù)據(jù)采集控制分站設(shè)計(jì)
在低位天輪平臺(tái)裝設(shè)1 套PLC 數(shù)據(jù)采集控制分站,控制分站集成光纖以太網(wǎng)交換機(jī)。分站將各傳感器采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和攝像儀采集的工況視頻,通過(guò)光纖以太網(wǎng)通信系統(tǒng)傳輸至絞車房控制室的絞車房PLC 控制主站。PLC 數(shù)據(jù)采集控制分站設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。
圖4 PLC 數(shù)據(jù)采集控制分站設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
如圖,模塊1PLC 數(shù)據(jù)采集控制分站主控制器,CPU 采用西門子S7-200 系列中的CPU226,實(shí)現(xiàn)各傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、分析、處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)高、低位天輪平臺(tái)高可靠型自動(dòng)注油機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制輸出。模塊2、模塊3、模塊5、模塊6、模塊7、模塊8 均為西門子模擬量采集模塊EM231,負(fù)責(zé)采集高位、低位兩平臺(tái)天輪各個(gè)方面軸向振動(dòng)、徑向振動(dòng)、軸承溫度傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),采集信號(hào)類型為4~20 mA 電流信號(hào),采集精度為12 位。模塊4 為開關(guān)電源,為PLC數(shù)據(jù)采集控制分站提供控制電源,輸入AC100~240 V,輸出DC24 V/6 A,同時(shí)具有過(guò)壓、過(guò)流、短路等保護(hù)功能。模塊9 為西門子S7-200 PLC 用以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器,主要將西門子S7-200 的PPI 協(xié)議轉(zhuǎn)換為西門子的Profinet 協(xié)議(TCP/IP),使西門子S7-200 可以通過(guò)以太網(wǎng)與上位機(jī)wincc 組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高速度通訊,并可以同時(shí)連接Step7-MicroWin 對(duì)西門子S7-200 進(jìn)行編程,還可以通過(guò)Internet 實(shí)現(xiàn)跨地域數(shù)據(jù)傳送。模塊10 為以太網(wǎng)交換機(jī)和以太網(wǎng)光纖交換機(jī)提供電源,模塊11 空氣斷路器用來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)采集控制分站輸入電源的通斷控制,模塊12 變壓器輸入AC380 V,輸出AC220 V 作為PLC 數(shù)據(jù)采集控制分站的工作電源。輸入的AC380 V 電源,與絞車房PLC 控制主站電源及高可靠型自動(dòng)注油機(jī)電源為同一路電源。模塊13 以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)各攝像儀采集的視頻信號(hào)的集中接入。模塊14 以太網(wǎng)光纖交換機(jī)將PLC 采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和攝像儀采集的視頻,經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)光纖交換機(jī)轉(zhuǎn)換為光信號(hào),并經(jīng)光纖傳輸至絞車房PLC 控制主站。模塊15 繼電器控制板實(shí)現(xiàn)高、低位天輪平臺(tái)處的高可靠性自動(dòng)注油機(jī)的起??刂?。
監(jiān)控界面主要包括三個(gè)功能模塊:運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)顯示預(yù)警模塊、注油機(jī)液位顯示及遠(yuǎn)程控制模塊、界面切換模塊,分別實(shí)現(xiàn)在線工況監(jiān)測(cè)、狀態(tài)顯示和遠(yuǎn)程注油等實(shí)時(shí)操作。
多繩摩擦式提升機(jī)天輪在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2019年11 月安裝調(diào)試完畢,2019 年12 月至2020 年4月,進(jìn)行了為期5 個(gè)月的試運(yùn)行工業(yè)性試驗(yàn),該系統(tǒng)符合煤礦提升系統(tǒng)安全運(yùn)行實(shí)際需求,系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好,監(jiān)測(cè)性能穩(wěn)定可靠,潤(rùn)滑維護(hù)便捷,故障報(bào)警及時(shí)準(zhǔn)確,滿足礦方要求。
多繩摩擦式提升機(jī)天輪在線監(jiān)測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了多繩摩擦式提升機(jī)天輪運(yùn)行工況的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化定量潤(rùn)滑維護(hù),可提前發(fā)現(xiàn)天輪運(yùn)行的各類運(yùn)行故障并預(yù)警,顛覆了多繩摩擦式提升機(jī)天輪傳統(tǒng)的人工定期巡檢維護(hù)方式,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在這一領(lǐng)域的技術(shù)空白,既可應(yīng)用于多繩摩擦式提升機(jī)天輪,又可應(yīng)用于單繩纏繞式提升機(jī)天輪,具有巨大的推廣前景。