煤矿刮板运输机在线监测系统的设计

田嘉俊， 任利冬， 庞启云

（山西煤炭运销集团金达煤业有限公司， 山西 孝义 032300）

引言

煤炭是我国消费结构中占比最多的能源之一，在未来一段时间内，煤炭生产过程的安全性与可靠性将关系到我国经济发展的可持续性[1]。综采工作面逐渐向自动化、无人化与智能化方向发展，但是由于工作面环境复杂，随着采掘过程的推进，对工作面机电设备的工作性能提出了很高的要求[2-3]。刮板输送机为综采三机的关键设备之一，负责工作面煤炭的运输工作，为了实现煤炭的高效、安全开采，应当保证刮板输送机运行的可靠性[4-5]。本文设计了一种煤矿刮板输送机远程在线监测系统，方便井上与井下工作面的信息传输与调度指挥工作。

1 监测系统的硬件部分

1.1 硬件整体结构（见图1）

图1 系统硬件结构

本监测系统主要由PLC 处理器、工控上位机、供电单元、存储单元、驱动单元、触摸屏、报警装置与传感器单元等组成。传感器采集刮板输送机工作参数与各零部件环境参数等，通过模数转换单元转换，将数字信号传输到PLC 处理器。PLC 通过分析数据，监测设备的运行工况，通过驱动单元与报警装置控制电机的启停与故障的报警。系统具有存储单元与触摸屏，方便操作人员对设备工况的直观监测与监测系统参数的调整设定。PLC 处理器作为监控分站安装于井下，工控上位机安装于井上，通过以太网通讯实现数据传输共享。为了减小频繁启动对设备的冲击，系统采用软启动变频驱动单元，利用液力耦合器连接电机与减速器，延长了电机的使用寿命。

1.2 主要硬件设备选型

PLC 处理器通过逻辑扫描运行内存中的程序，具有编程简单、体积小、维护方便的优点。本文选用西门子S7-300 型PLC，由CPU 模块、以太网通信模块、数字量输入输出模块与模拟量输入模块等组成。触摸屏选用MCGS 触摸屏，具有以太网接口、RS485与RS232 接口、两个USB 接口，采用24 V 直流电源供电，通过嵌入式组态软件可将界面下载到触摸屏，完成数据的采集记录等工作。工控上位机负责系统的远程监控作用，完成数据的存储与打印功能，系统选用IPC-610H 型上位机，具有19 寸彩色显示器，主频3 GHz，组态软件为FC V7.0，编程方式灵活，可提高系统的监控效率[7-8]。

1.3 传感器监测信号的选型

传感器单元所需采集的信号主要有位移信号、速度信号与温度信号等。刮板链的运行状态主要可通过检测两个刮板通过某个点的时间间隔判断。本系统在机头、机尾与中间部分安装三个电刷，通过PLC 控制器直接供电，当刮板链正常工作时，两个刮板链通过电刷的时间间隔为固定范围，当时间间隔超出范围后，判定刮板链故障。系统利用磁致伸缩位移传感器，监测机头机尾的翘翻故障，当检测到机头或机尾离地超过200 mm 时，系统判定发生故障。

系统采用PT100 型热敏电阻温度传感器测量电机的温度信号，可测温范围0～200 ℃，主要测量电机的轴承与绕线部位，当电机温度超过80 ℃时，判定电机过热故障。系统通过在减速器机箱下螺纹孔内安装温度传感器，测量减速器的油温信号，当温度超过90 ℃时，系统判定减速器油温过高。系统选用GUY30 液位传感器监测减速器内润滑油的液位高度，从而判定是否发生漏油故障。系统采用GMP-D转速传感器测量电机输出轴的转速，判断电机是否无法正常启动，转速传感器的测量范围为0～2 000 r/min。

2 监测系统的软件部分

本文利用博途V14 软件对PLC 程序进行开发设计，利用模块化编程方式，采用直观的梯形图编译。监测系统的软件部分主要实现系统参数的设定、信号采集监测、自动控制与报警等功能，系统主程序流程图如图2 所示。系统初始化为监测系统正常工作的基础，当系统检测到刮板链速大于1 m/s，信号采集设备与通讯系统正常工作时，系统初始化完成，否则需对系统故障进行解决与处理。在刮板机正常运行期间，系统通过各传感器单元实时采集刮板链速、电机输出轴转速、电机工作温度、减速器内润滑油温度与液位高度等信号，通过与系统内的设定值比较，从而判断刮板输送机是否发生故障及故障类型与部位。当系统监测到故障发生时，PLC 通过报警装置，以警示灯闪烁与鸣笛的方式向工作人员发出警告，通过驱动单元控制刮板机减速停机。

3 结语

本文针对综采工作面刮板输送机设计的远程在线监测系统，通过以太网通讯完成井上的远程调度指挥工作。系统利用传感器单元采集刮板输送机各故障信号，通过PLC 控制器与软起动单元实现故障在线诊断与控制功能，为刮板输送机安全稳定的运行提供了数据保障。

图2 系统软件主程序