煤矿井下皮带运输机监控系统的优化.pdf

2023年第3 期江西煤炭科技217.煤矿井下皮带运输机监控系统的优化张海俊（山西焦煤集团有限责任公司东曲煤矿，山西古交0 3 0 2 0 0）摘要：本文提出基于主从控制和变频技术的皮带运输机监控系统优化方案，重点介绍了以CPU315-2-DP控制器为核心的皮带运输机监控系统硬件、软件设计方案并完成现场试验。现场试验结果表明，优化后的皮带运输机监控系统满足设计要求，提升了皮带运输机的智能化水平，达到了节能降耗、减员增效的目的。关键词：皮带运输机；监控系统；主从控制；TCP/IP通信；MCGS组态中图分类号：TD528+.1；T D 6 7 6Abstract:This article proposes an optimization scheme for the monitoring system of belt conveyor based on master-slave controland frequency conversion technology,with a focus on introducing the hardware and software design scheme of the monitoringsystem of belt conveyor with CPU315-2-DP controller as the core,and completing on-site experiments,which proves that theoptimized monitoring system of the belt conveyor meets the design requirements,improves the intelligent level of the beltconveyor,and achieves the goals of energy conservation,consumption reduction,and efficiency reduction.Key words:belt conveyor;monitoring system;master-slave control;TCP/IP communication;MCGS configuration皮带运输机是煤矿井下输送原煤的关键设备，其安全、连续、高效运行是保证煤矿安全生产、提升煤矿生产效率的重要环节。皮带运输机运行线路长、运输环节多，常发生跑偏、打滑、纵撕等故障，且皮带运输机空载或轻载状态时仍保持恒速运行，电能浪费严重。因此，根据煤矿皮带运输机实际运行状态和技术要求，设计完整的皮带运输机监控系统成为须解决的问题。国外的Manlos系统、Gcamatic200i系统、BOSS系统等实现了皮带运输机的关键部位的监控和保护，并采用变频技术实现了设备的调速和节能控制。国内皮带运输机监控系统在矿井中的应用起步较晚，但发展迅速,如基于单片机、PLC控制器实现了皮带运输数据、参数的采集和处理，各节点组成局域网并由上位机调度管理1-2 。本文介绍了基于PLC控制技术、变频技术以及人机界面技术，结合山西焦煤集团东曲煤矿皮带运输机实际运行工况，优化监控系统，对皮带运输机运行数据实时监控，达到节能降耗、减员增效的目的。1皮带运输机工艺流程东曲煤矿皮带运输机工艺流程如图1所示，原煤经采煤区刮板输送机输送至运输巷道并经井文献标识码：AOptimization of Monitoring System for Underground Belt Conveyer in Coal MinesZhang Haijun(Shanxi Coking Coal Xishan Coal Electricity Dongqu Mine,Gujiao,Shanxi 030200)下1号皮带运输机将原煤输送至1号煤仓；通过给煤机将原煤转运至井下2 号皮带运输机并将原煤输送至2 号煤仓；再经给煤机将原煤转运至井下3 号皮带运输机并将原煤输送至集中煤仓。采煤区板验送山运输卷道共下1号皮拉益检1号煤仓给煤机集中煤仓井下3 号皮带运输机给煤机图1皮带运输机工艺流程简图2系统设计皮带运输机监控系统设计架构如图2 所示，由设备层、控制层、操作层组成。设备层为安装在皮带运输机机身的传感器，如跑偏、打滑、烟雾、速度等传感器，实时采集并监测设备运行状态，并将采集到的数据上传至控制层对应分站；变频器用于对驱动电机进行变频调速控制，避免空载或轻载时恒速运行。控制层包括控制主站、13 号控制分站；控制主站与分站之间由TCP/IP通讯完成数据以及控制指令交互，每一个分站控制一条皮带运输机；控制主站将13 号皮带运输机所有运行数据经TCP/IP通讯上传至操作层；操作层由交换机局域网、服务器、上位机组成；以TCP/IP通信模式接收到数据后,经局域网将数据保存至服务器，文章编号：10 0 6-2 57 2(2 0 2 3)0 3-0 2 17-0 32号煤仓进下2 号皮带运输机218.同时将数据传送至上位机，实现对皮带运输机的实时监控。服务器上位机1号分站变频器传感器图2 皮带运输机监控系统设计架构3硬件设计皮带运输机监控系统硬件系统用到的设备包括控制器、变频器、各保护传感器、上位机等。主站控制器选用CPU315-2-DP作为系统核心，使用自带的具有双端口交换机的PROFIBUSDP接口实现与分站、操作层交换机局域网的TCP/IP通信；选用PS30710A电源模块为主站控制器供电。分站控制器选用CPU315-2-DP并根据统计出的DI、D O、A I、A O 点数选用SM321、SM 3 2 2、SM331、SM 3 3 2 及其数量3-4上位机选用DELL755DF型工业计算机，配备SANTAK的Castlc系列UPS电源，保证上位机和控制器连续正常工作。变频器选用BPJ-400/1140，适用于煤矿井下恶劣环境，支持交流1140 V、50 H z 供电系统。变频器与分站控制器采用ProfibusDP通讯+硬连接余模式完成数据传输，支持转矩、转速两种控制模式，支持过流、漏电、短路、断相等多种保护5。选用的保护传感器如表1所示，其中煤仓物位传感器用于检测煤仓内煤料的高度，当煤料高度达到设定值后，输出数字量信号并触发报警。电子皮带秤用于输煤量检测，安装在皮带运输机机架，通过积分运算得到输煤量的瞬时值和累积值。4软件设计4.1PLC程序设计皮带运输机监控系统PLC程序设计基于STEP7软件平台实现，由主程序、数据采集程序、设备控制程序、故障诊断程序以及通信程序组成。江西煤炭科技系统上电后，主站控制器CPU循环执行主程序块OB1,即分别顺序调用数据采集程序块、设备控制操程序块、故障诊断程序模块以及通信程序块。数据作机人层机控控制主站制层光机中ICP/TPCP/T2号分站3号分站传变频器感器器2023年第3 期采集程序模块可完成对42 0 mA电流模拟量信号的采集与处理，可根据公式(1)进行编程。AI-M,Relsult=(HI-LI)+LIM,-M,式中：LI为实际测量最低值；HI为实际测量最高传变设备正感频器器层(1)值;AI为模拟量输入值；M,为数字量最低值;M,为数字量最高值；Relsult为输出值。表1皮带运输机监控系统传感器选型序号名称1跑偏传感器2速度传感器3堆煤传感器4煤仓物位传感器5纵撕传感器6温度传感器7烟雾传感器8电子皮带秤设备控制程序可完成对皮带运输机的模式控制，如集控模式、就地模式、检修模式；可完成对皮带运输机的启停控制，如自动控制、手动控制。故障诊断程序可完成对皮带运输机温度过高、烟雾、堆煤、皮带跑偏、皮带撕裂、皮带打滑、拉线急停故障并触发声光语音报警通讯程序可完成控制主站与控制分站之间、控制主站与操作层局域网间的TCP/IP通讯，在硬件管理器中将设备IP地址、子网掩码设置在同一IP段。4.2监控平台程序设计皮带运输机监控系统基于MCGS组态软件实现，按照工程画面制作、数据定义及映射、动画设计及连接、报警设计及显示、报表及曲线设计的步骤进行设计与实现。皮带运输机监控系统主界面如图3 所示，在主界面中可对皮带运输机的模式选择、启动方式进行控制，可完成皮带启动、皮带停止、闭锁、复位、急停控制；可实时显示1号、2号、3 号皮带运输机的设备状态和设备控制情况；可单独查看1-3 号皮带运输机运行状态；可单独查看设备的报警显示、参数设置功能。型号及特征GEJ-30GSC4GUJ30GUJ50GVC20DS18B20GQQ0.1BRT-8002023年第3 期1号皮带运输机2号皮带运输机3号皮带运输机皮带启动皮带停止1号皮带运输机2号皮带运输机3号皮带运输机报警显示参数设置用户登录图3 皮带运输机监控系统主界面5现现场试验5.1试验准备为验证优化后的皮带运输机监控系统的正确性和适用性，在山西焦煤集团东曲煤矿进行现场试验。按照皮带运输机系统设计原理将13 号分站、变频器、传感器的电源线、控制线、通讯线进行连接；对上位机、UPS电源、主站控制器进行连接；完成皮带监控系统的现场通信程序调试、PLC程序调试、上位机程序调试以及联合调试，保证系统正常、稳定运行。5.2试验数据皮带运输机监控系统正常、稳定运行后，以7天为周期，对日用电量、日运输煤量进行统计，其中原方案日用电量为E1,运输煤量为Q1；优化方案日用电量为E2,运输煤量为Q2,且数据为连续运行6个月的算术平均值,统计数据如表2 所示。优化后的皮带运输监控系统7 天累积用电量降低17917kWh，累积运输煤量增加3 0 2 t,达到了节能降耗、高效稳定生产的目的。优化后的皮带运输机监控系统使得每班减少2 个岗位，达到了减员增效的目的，如表2 所示。表2 皮带运输机用电量、运输煤量数据统计优化后优化后日用电量运输煤量E/kW.hQ/t11084321007231108749.90759.971610201710083累计72164江西煤炭科技煤矿井下用皮带运输机监控系统60.00.00.01号给煤机1号皮带运输机2号皮带运输机设备状态设备名称跑偏堆煤排撕裂 烟雾打滑超温拉线原日原日用电量运输煤量Ef/kW.hQ/t187115 3291687152961.89814 872169214728169413 487182315 07118011508812.46690081219.模式选择启动方式2号给煤机集控自动就地0000000检修3号皮带运输机设备控制1号皮带机2 号皮带机3 号皮带机1号给煤机2 号给煤机启动启动启动启动启动停止停止停止停止停止急停急停闭锁复位急停6结语以山西焦煤集团东曲煤矿井下用皮带运输机为研究对象，基于主从控制技术、变频技术对原皮带运输机监控系统进行优化，重点介绍了硬件、软件设计思路和方法，并完成现场试验：1)优化后的皮带运输机监控系统，实现了13号皮带运输机设备状态、设备控制、故障信息、参数设置信息的实时显示；可完成设备的模式选择、启动方式以及复位、闭锁、急停等控制；2)经现场试验证明，优化后的皮带运输机监控系统达到了数据实时传输、节能降耗、减员增效的目的。参考文献：1李瑶，王义涵.带式输送机煤流量自适应检测方法J.常州：工矿自动化,2 0 2 0,46（6)：98-10 2.2刘露露.基于CAN总线的煤矿带式输送机监测系统的设计方案J.上海：煤矿机电，2 0 17（1)：7 4-7 6.3李宏伟，李璐，曲兵妮，等.基于RS485和CAN总线的带式输送机监控系统设计J.北京：煤炭工程，2 0 17,49(7):18-21.4】马海龙.基于多信息融合的刮板输送机减速机模糊故障诊断专家系统J.哈尔滨：煤矿机械,2 0 19,40(9)：174-176.5张永强，马宪民，梁兰.基于RBF的模糊积分多传感器1823数据融合的刮板输送机电机故障诊断J.西安科技大1819学学报,2 0 16,3 6(2)：2 7 1-2 7 4.169916721.54717981.80612 164手动急停作者简介：张海俊（198 2 一），男，山西介休人，2 0 10 年毕业于山西煤炭管理干部学院煤矿机电专业，大专学历，助理工程师，现从事井下皮带设计与维护工作。收稿日期：2 0 2 2-0 7-18编辑：许敦昂