郭锐
(潞安化工集团 常村煤矿,山西 长治 046100)
带式输送机是煤炭开采生产的重要设备,具有输送距离长,结构简单等优点,提高了煤矿开采的效益与自动化水平。常村煤矿TSD80 型皮带输送机胶带长度1 200 m,带宽1.5 m,正常工作状态下带速为5 m/s,运输能力为2 000 t/h,皮带输送机前中后各布置1 台3 000 kW 的变频式驱动电机。由于多台电机共同驱动,电机之间可能存在不协同或安装误差等,导致各驱动电机之间受力不均,因此设计出一套性能可靠、技术先进的带式输送机运行监控系统具有重要意义。监控系统可了解设备的运行状态,对输送机进行远程控制。
根据需要常村煤矿TSD80 型皮带输送机实际情况,设计构建一套监控系统,该监控系统为3 层结构,即现场控制层设备、远程监控和系统通讯,实现对输送机的监控与控制。PLC 对采集数据进行分析判断,识别输送机工作情况,所有操作功集成到中央控制计算机,操作人员可以在中央控制计算机上对输送机进行远程监控与控制。监控系统功能如图1 所示。
图1 监控系统功能Fig.1 Monitoring system functions
整个控制系统主要由可编程控制器、监控终端、操作平台、控制程序等组成,各分系统之间依靠WIFI 无线传输,分站之间相互联系又相对独立,各分站相互协作,实现对输送机运输系统与应用系统的控制。监控系统的保护信号主要包括皮带打滑、皮带撕裂、温度超高、跑偏、急停闭锁等。皮带输送机上布置有相应的传感器,监测设备的温度以及皮带的情况,监控数据实时传回到中央控制器,实现对设备状态的实时监控。
由于煤矿开采的环境比较恶劣、设备工况复杂,因此对设备的安全性能提出了高的要求,所以在安全、稳定的原则下,监控系统根据实际需求选取合适的硬件配置。
设计的监控系统硬件主要包括控制器、驱动电机、变频器以及各类传感器。系统电气控制单元选择德国西门子公司生产S500 系列的可编程控制器,采用集成化的模块设计,功能强大、兼容性好;控制系统电源模块输出电流为10 A,输出电压24VDC,具备短路和开路保护;选择QJR 系列的变频控制器。
系统的主控制电路如图2 所示,电路设置有多处QF 断路器,以控制各支线的供电情况。供电电路通过熔断器FU 为系统各设备提供电力,各线路设置有供电保护器,以防止电流波动大对设备造成影响。皮带驱动电机采用变频驱动电机,驱动电机处于变频驱动模式下,则交流接触器KM1 吸合,此时主电路向变频器的A1、B1、C1 端口供电。
图2 系统主电路Fig.2 Main circuit of the system
监控软件为通用型工业监控软件,可与PLC、各类智能仪表、通信设备等实现信息交互传递,监控软件支持通过OPC 标准传输机制与其他程序实现信息交互。根据常村煤矿TSD80 型皮带输送机实际情况,输送机监控系统软件分为采集系统、显示系统、控制系统以及用户管理系统,如图3所示。
图3 软件系统功能Fig.3 Software system functions
数据采集是实现对输送机监控与控制的基础,负责将设备的电信号、皮带运行情况等信息集成传输给PLC 控制器,之后通过通信系统传输至中央控制计算机。显示系统主要包括对现场设备状态的模拟与显示,状态参数显示以及故障信息的显示,用户可查阅设备运行的历史信息,可根据相应的历史信息绘制各类数据曲线。远程控制系统是监控系统的核心,系统管理人员可通过中央控制计算机对设备发出控制性指令,控制的功能包括皮带输送机启停、转速以及故障处理等。用户管理系统主要是指可配置其他用户,设定相关用户的权限和控制区域等。
操控人员可通过监控系统界面对设备进行快速、便捷控制,如图4 所示。操作界面的设计要求应显示各个驱动电机状态、输出功率等信息;具有驱动电机变频器的控制开关;需实现系统控制的手动与自动的切换;显示电机的转速和电流的大小,同时显示电气系统各个馈电开关的运行状态。
针对常村煤矿TSD80 型皮带输送机存在的问题,设计了一套监控系统。介绍了监控系统的控制方式以及监控系统的总体结构设计框图,根据实际需求对监控系统的硬件、软件、操作界面进行了设计。在常村煤矿实践应用表明,输送机监控系统达到了各项设计指标,实现了对皮带输送机的控制,具有实时曲线以及历史曲线绘制功能,帮助操作人员提前预判设备可能存在的故障,监控系统可自动监测并对潜在故障进行报警,提高了皮带输送机的使用性能和可靠性。