刮板输送机远程监控系统的设计及工业性试验

原云锋

（山西煤炭运销集团阳城四侯煤业有限公司，山西 阳城 048108）

引言

刮板输送机为综采工作面配套采煤机、液压支架使用的关键设备，其承担着采煤机的运行，同时也承担着液压支架的推溜任务。不断提升综采工作面生产的自动水平和安全性是未来煤矿智能化方向着重解决的问题[1]。目前，针对刮板输送机的监控仅仅实现了现场本地监控，并未完全实现刮板输送机部分传动及电气参数的远程监控功能。因此，本文着重对刮板输送机的远程监控进行研究，并对其工业性试验结果进行验证。

1 刮板输送机远程监控系统要求

本文以SGZ900/1050 双链类型的刮板输送机为研究对象，与一般刮板输送机相类似，其主要由机头、机尾、机身溜槽部分以及刮板链、推移装置等附属部件组成，其驱动部件由机头、机尾双速电机构成。具体动力传输路径如下：双速电机产生的扭矩经由联轴器传递至减速器，并由减速器传递至链轮，最后链轮带动刮板链完成对刮板输送机的推动。

为保证刮板输送机的正常运行需对如下参数进行监控：设备链轮组件的油温及油位、减速器的轴承温度及相关油箱的油位和油温、设备双速电机的轴承及绕组温度以及对应电机的电流值和功率值[2]。刮板输送机远程监控系统需满足如下要求：

1）远程监控系统可实时获取其所采集参数的信息，并实时显示并呈现于用户，监控系统具备打印、储存以及记录等功能；

2）远程监控系统可对设备的故障进行实时报警，并精准定位故障发生位置；

3）远程监控系统可远程实现对设备的启停控制，并实现对设备自动、手动以及单机/联锁工作模式的控制；

4）远程监控系统具备对所采集参数进行数据处理的功能，并根据数据处理结果判定设备的运行状态，尤其是根据采集数据判定设备是否存在故障。

2 刮板输送机远程监控系统的总体设计

根据1.1 中所述的刮板输送机远程监控系统所采集的参数信息及功能要求，可将远程监控系统分解为三个子系统，分别包括有：机载监控子系统、顺槽远程监控子系统以及地面远程监控子系统[3]。且各个子系统之间的通信通过以太网通信技术实现，最终实现刮板输送机的智能化、自动化控制。刮板输送机远程监控系统的结构框图如图1 所示。

图1 刮板输送机远程监控系统总体结构框图

3 刮板输送机远程监控系统的设计

3.1 机载监控系统的设计

机载监控系统的核心为隔爆本安型机载控制器实现对刮板输送机运行参数的本地控制和在线监测，且在刮板输送机的机头、机尾两处各安装一套控制器。该控制器的主要功能为：由其内部传感器对参数进行采集，并将所采集到数据通过无线以太网上传至顺槽远程监控系统[4]。该控制器的核心为PLC控制器，且综合考虑可靠性和成本的基础上，该控制器为S7-300 系列。机载监控系统设计的硬件选型如下页表1 所示。

机载监控系统可对刮板输送机运行参数的精准采集，为后续判断其运行状态奠定基础以及为设备故障类型的判定和定位提高效率。

表1 机载监控系统硬件选型

3.2 顺槽远程监控系统

顺槽远程监控系统是实现刮板输送机智能化、自动化控制功能的关键，其是实现机载监控系统和地面监控系统通信的枢纽。顺槽远程监控系统的核心为对控制器、监控平台以及数据处理计算机等组成。其中，作业人员通过操控控制器上的按钮实现对刮板输送机的远程控制；数据处理计算机可对机载监控系统所采集到的参数进行实时显示、存储和处理，其核心为基于Wincc 的上位机监控平台。

3.3 地面监控系统

地面监控系统位于调度中心，其主要功能是实现对刮板输送机运行状态的远程监测，具体包括有：刮板输送机的工作状态、现场设备的网络通信状态以及供配电现状等。地面监控系统主要由基于Wincc 的远程监控平台、基于3DVR 的数字化监测平台、视频监测平台和用于通信的无线网络管理平台[5]。

上述三个监控子系统的网络通信如图2 所示。

图2 刮板输送机远程监控系统通信示意图

如图2 所示，远程监控系统中各子系统之间及其PLC 控制器之间的通信依靠S7/TCP 协议完成。

4 刮板输送机远程监控系统的工业性试验

根据刮板输送远程监控系统的设计思路，结合某煤矿综采工作面的实际情况搭建刮板输送机远程监控系统平台，拟基于远程监控系统平台实现对刮板输送机的停机监控，并对刮板输送机的运行状态参数、故障类型、实时负载及故障定位等参数进行实时监测和控制。

搭建远程监控系统平台所应用的设备型号为SGZ900/1050 型刮板输送机，平台开发所依据的软件为西门子公司开发的上位机组态软件-Wincc 软件。根据远程监控的参数类型及功能要求，完成对监控平台本地数据采集、优先控制、网络通讯、数据处理、远程监控以及信息归档等模块功能的设计。

刮板输送机远程监控系统除了可对刮板输送机本身运行状态参数进行监控报警外，还可对与刮板输送机相配套的采煤机、液压支架等部分状态进行监测，以确保刮板输送机可根据采煤机、液压支架的运行状态对其运行状态进行控制。将所搭建的远程监控平台应用于现场生产中，其应用效果具体总结如下：

1）顺槽监控系统中的HMI 控制器可实时监测刮板输送机的运行参数，从而实现在顺槽位置对刮板输送机运行参数的控制。

2）当刮板输送机分别处于轻载、重载以及正常载荷运行工况下，远程监控系统可结合采煤机的实时姿态数据对刮板输送机进行延时停机的控制，并根据不同的工况计算出不同延长时间将刮板输送机停机。其中，当刮板输送机为重载运行时，其对应延时停机时长为30 s；当刮板输送机为正常负载运行时，其对应延时停机时长为15 s；当刮板输送机为轻载运行时，其对应延时停机时长为10 s。

3）当刮板输送机出现故障时，顺槽和地面监控均可实时显示故障类型并对故障发生位置进行精准定位。

5 结论

基于WinCC 组态软件和PLC 控制器完成对刮板输送机远程监控系统经实践表明，可实时对刮板输送机运行参数的实时监测和控制，并根据采煤机及设备的负载情况实现不同延时的停机效果，可满足综采工作面的生产需求。