多繩摩擦式提升機(jī)天輪智能監(jiān)測系統(tǒng)研究及應(yīng)用

張光輝

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)沁秀公司， 山西 晉城 048006）

引言

近10 年來，隨著國家對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、遠(yuǎn)程控制和故障報(bào)警，提升系統(tǒng)安全可靠性。

1 岳城煤礦運(yùn)行概況

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)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測天輪的運(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)化定量潤滑維護(hù)。

2 研究方案

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 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

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)，如下頁圖3 所示。

圖3 中，注油機(jī)通過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 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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、語音報(bào)警等功能模塊，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(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)測數(shù)據(jù)和攝像儀采集的工況視頻，通過光纖以太網(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)測數(shù)據(jù)的采集、分析、處理，實(shí)現(xiàn)對高、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)具有過壓、過流、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 對西門子S7-200 進(jìn)行編程，還可以通過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)測數(shù)據(jù)和攝像儀采集的視頻，經(jīng)過以太網(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)的起停控制。

2.3 監(jiān)控界面

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、狀態(tài)顯示和遠(yuǎn)程注油等實(shí)時(shí)操作。

3 工業(yè)性試驗(yàn)

多繩摩擦式提升機(jī)天輪在線監(jiān)測系統(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)測性能穩(wěn)定可靠，潤滑維護(hù)便捷，故障報(bào)警及時(shí)準(zhǔn)確，滿足礦方要求。

4 結(jié)論

多繩摩擦式提升機(jī)天輪在線監(jiān)測技術(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)測和自動(dòng)化定量潤滑維護(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。