1、矿用带式输送机监控系统的设计与应用研究武晋华(山西新元煤炭有限责任公司,山西晋中045300)摘要:为提升矿用带式输送机运行稳定性和可靠性,设计研究了监控系统。某煤矿中使用 3 台带式输送机进行长距离运输,监控系统设置了设备监测点、保护监测点和环境监测点,可实时准确地掌握设备及其环境的运行状态,为设备的控制与保护提供数据支撑。对每条输送机设置 1 个采样控制站,选用型号为 ET-200SP,整条输送线设置1 个控制总站,选用的处理器型号为西门子 S7-1200 型 PLC 可编程控制器,对系统中使用的主要传感器和开关选型情况进行了介绍。将监控系统应用到工程实践中,使用后分析认为,每年可为企业创
2、造 100 万元的经济效益。关键词:煤矿;带式输送机;监控系统;采样控制站中图分类号:TD528.1;TP277文献标识码:A文章编号:1003-773X(2023)06-0211-030引言带式输送机是煤矿开采中重要的辅助运输装备,作用是对开采得到的煤矿资源进行连续运输1。其运行稳定性和可靠性会对煤矿开采效率产生一定程度的影响,如果带式输送机运行过程中出现了故障问题,必然会制约煤矿开采效率提升,进而影响企业的经济效益2。随着煤矿领域智能化水平的提升,对带式输送机的性能要求越来越高3。对带式输送机的运行状态进行监测,实时掌握设备运行状态数据信息,及时发现潜在的安全隐患和故障问题,第一时间采取措
3、施进行预防或处理,可以有效提升设备运行稳定性4。以煤矿中常用的 DTL120 型带式输送机为研究对象,结合实际情况对监控系统进行了设计,并将其应用到工程实践中,发现效果良好。1监控系统整体方案设计1.1监控系统的功能设计以某煤矿中使用的 DTL120 型带式输送机为对象进行分析与研究,由于整条运输路线相对较长,采用了 3 台设备同时进行运输。1 号、2 号和 3 号设备的运输长度分别约为 100 m、200 m 和 100 m。为了更好地对带式输送机进行监测与控制,设计的监控系统共包含三种控制功能,分别为设备控制、远程控制和保护控制,设备控制是对不同带式输送机设备分别进行管理控制;远程控制是以
4、远程方式对所有设备进行控制,是常用模式;保护控制的作用是确保设备长时间稳定高效运行,对出现的故障进行紧急处理,确保设备和人员安全。1.2监控点的布置对带式输送机及其运行环境进行实时监测是进行控制的基础。如图 1 所示为设计的监控系统监测点的布置情况,由图 1 可知,监测点可分为三种类型,即设备监测点、保护监测点和环境监测点。以上监测点分别利用专业传感器或者设备进行检测。1.3监控系统网络拓扑结构如图 2 所示为带式输送机监控系统网络拓扑结构示意图。针对 3 台带式输送机设备,对每台设备设置 1 台采样控制站,选用的设备为西门子研制的ET-200SP。利用 1 台 PLC 控制器同时对 3 台输
5、送机设备进行控制,配备的采样控制站采集获得的数据信息全部输入 PLC 控制器中进行分析处理,选用的 PLC控制器型号同样为西门子研制的 S7-1200。3 台设备独立采样可确保设备运行的独立性,当其中 1 台设备出现故障问题时能及时进行制动处理。利用 1 台控制器对 3 台设备进行控制,可确保控制的集中性与统一性。系统中设置上位机和触摸屏,能对带式输送机的收稿日期:2022-03-19作者简介:武晋华(1995),男,山西夏县人,毕业于山西工程技术学院机械设计制造及其自动化专业,本科,机电助理工程师。总第 242 期2023 年第 6 期机械管理开发MechanicalManagementan
6、dDevelopmentTotal 242No.6,2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.06.085图 1监控系统监测点的布置情况图 2监控系统网络拓扑结构示意图温度检测滚筒电动机张紧装置变频器制动器减速器除尘器风扇烟雾检测纵向撕裂皮带打滑皮带跑偏堆料拉绳断带滚筒温度环境温度环境监测点设备监测点保护监测点带式输送机监测点触摸屏上位机ProfinetPLC S7-1200ET-200SPET-200SPET-200SPProfinet自动化系统设计机械管理开发第 38 卷运行状态实时显示,工作人员可在触摸屏上输入参数实现对设备的远程控制。2监控系统主要硬件选型设计2
7、.1PLC 控制器PLC 控制器是监控系统的关键部分,考虑到 PLC控制器的体积、功耗、成本及运行可靠性等综合因素,选用由西门子研制的 S7-1200 型可编程控制器5。该控制器基于模块化思想进行设计,整体上由不同模块构成,如图 3 所示为 S7-1200 型 PLC 控制系统的整体结构。由图 3 可知,控制器主要包括电源模块、入口部件、出口部件、通信及编程接口、I/O 拓展接口、用户存储器、系统存储器等。电源模块选用型号为 PM1207,正常工作时的电压为 1.2 A,可以输出 24 V 直流电压,具备有开路和短路保护功能。CPU 模块型号为 CPU1215C,工作存储器的容量为 128 k
8、B;数字量输入模块和输出模块的型号均为 SM1223,分别具有 8 个输入点和 8 个输出点,全部带有隔离功能,前者属于电源型,后者属于继电器型。模拟量输入模块和输出模块的型号分别为SM1231、SM1232,输入路数或输出路数均为 4 路,输入类型和输出类型均为 05V 电压或 420mA 电流。2.2主要传感器或开关选型传感器和开关的作用是对带式输送机运行时的状态信息数据进行采集,并根据指令对设备进行控制。由于监控系统涉及的传感器和开关类型较多,以下主要对关键部分进行分析。1)拉绳开关:作用是带式输送机出现故障问题时,工作人员可以通过操作拉绳开关,实现设备停止工作。在带式输送机沿线每间隔
9、70 m 布置一个拉绳开关6。选用型号为 KBW-220L,拉绳开关可单独工作,开关量状态需输入 PLC 控制器并接受其远程控制。2)跑偏开关:作用是对带式输送机皮带跑偏量进行检测,如果皮带正常运行开关不发生动作,一旦检测跑偏量超过了安全阈值,开关不仅向外发出警报,还会发 生 动 作 使 设 备 停 止 运 行。选 用 型 号 为KHFKLT1-12-30,每间隔 30 m 在皮带两侧设置一对跑偏开关。3)打滑开关:作用是对皮带的打滑情况进行检测,选用型号为 HSQ-726B2。每台带式输送机两侧均设置打滑开关,开关量灵敏程度可根据实际情况设置,当打滑量较小时只会向外发出警报;当打滑量较大时开
10、关会发生保护动作,对设备进行停机处理。4)纵向撕裂保护装置:对煤矿物料进行运输时,当遇到较尖锐的煤块时可能会对皮带造成划伤,时间长久后出现纵向裂纹。该装置的作用是对皮带潜在的纵向撕裂问题进行检测并保护皮带,选用型号为BZL-220B。5)急停按钮开关:对 3 条带式输送机均配备急停按钮装置,布置在输送线的起始位置,具体型号为KBA 系列,基于钢结构防静电外壳设计。当矿井出现紧急情况时,工作人员可按下急停按钮开关,使整条设备停止运行,保证设备和人员安全。6)限位开关:限位开关即位置传感器,是工业中非常常见的保护装置,也是带式输送机运行中必不可少的传感器之一,选用型号为 KBZ-220。正常情况下
11、开关处于常开状态,当有外部物体靠近传感器 310mm 时,开关会闭合发出报警信号,对设备进行停机处理。所有传感器和开关均具有良好的性能,具备有防爆性能,能满足煤矿井下复杂的工矿环境,其状态信号都会传入 PLC 控制器中进行分析,并接受控制器的远程控制。3监控系统的应用效果分析为了对设计的带式输送机监控系统有效性进行验证,按照上述方案将其应用到煤矿工程实践中。经调试无误后正式投入使用,目前系统在工程实践中的应用时间超过 3 个月,期间对其运行状态进行跟踪记录。结果发现,监控系统整体运行稳定,各项功能都能实现,有效保障了设备运行的稳定性和可靠性。根据统计数据,监控系统的投入使用使带式输送机的运行效
12、率提升了 8%左右,对出现的故障问题排除时间缩短了 10%左右。系统的成功应用,可以节省 12 名设备运维人员,为企业节省了一定的人工成本。初步统计认为,每年可以为企业创造 100 万元的经济效益。4结论以煤矿中重要的运输装备即带式输送机为研究对象,结合实际情况对监控系统进行了设计研究,并将其应用到工程实践中。所得结论主要有:1)监控系统中设置的监测点分为三类,即环境监测点、保护监测点和设备监测点;图 3PLC 控制系统的硬件结构110 V/220 V 市电输入现场信号按钮开关传感器编程设备计算机打印机等外部输出执行器扩展单元扩展中继器电器电磁阀通信模块功能模块PLC 基本单元电源变换器微处理
13、器运算控制器出部件入部件通信及编程接口系统存储器用户存储器I/O扩展接口2122023 年第 6 期2)针对矿井中的 3 台带式输送机,为每台设备配备 1 台 ET-200SP 采样控制站,将所有控制站采样数据均传入 S7-1200 型 PLC 控制器中进行分析与处理;3)对监控系统中使用的主要传感器和开关选型情况进行了详细介绍,这些传感器或开关均具有防爆功能,性能良好;4)将设计的监控系统部署到 DTL120 型带式输送机中,现场使用后发现各项功能都能实现,为设备的稳定可靠运行奠定了坚实基础,为企业创造了良好的经济效益。参考文献1吴涛.煤矿带式输送机智能化关键技术浅析J.中国设备工程,202
14、2(5):36-37.2剧江涛.煤矿伸缩式钢架带式输送机换向滚筒优化设计J.机械研究与应用,2022,35(1):151-152.3元江博,李雪方.变频节能技术在煤矿机电设备中的应用J.能源与节能,2022(2):146-149.4许建红.基于 CAN 总线通讯的煤矿用带式输送机控制系统设计J.江西煤炭科技,2022(1):186-188.5付彤.矿用带式输送机智能集中控制系统设计J.机械管理开发,2021,36(9):283-285.6姬魁.煤矿胶带输送机综合保护控制系统硬件设计研究J.能源与环保,2020,42(5):109-112.(编辑:李俊慧)Design and Applicati
15、on Research of Mining Belt Conveyor Monitoring SystemWu Jinhua(Shanxi Xinyuan Coal Co.,Ltd.,Jinzhong Shanxi 045300)Abstract:In order to improve the operational stability and reliability of mining belt conveyors,a monitoring system was designed andstudied.Three belt conveyors are used in a coal mine
16、for long-distance transportation.The monitoring system sets up equipment monitoringpoints,protection monitoring points and environmental monitoring points,which can grasp the operating status of the equipment and itsenvironment in real time and accurately,and provide data support for the control and protection of the equipment.For each conveyor set upa sampling control station,the selected model ET-200SP,the entire conveyor line set up a control master station,the selected processormodel for the