刘建英

(大同煤矿集团 云冈矿，山西 大同 037017)

带式输送机作为煤矿开采中的主要运输设备，凭借其结构简单、作业效率高、性能稳定可靠等特点，在煤矿得到广泛应用[1]。随着计算机、通讯、检测等技术的不断发展，监控系统也被应用到了带式输送机中，以此来实现对设备运行状态的实时监控和保护。但随着煤矿生产规模的不断扩大，加上井下环境的恶劣性，导致现有的监控系统无法满足当下设备的作业需求，保证设备具有更高的运行状态，使得对监控系统的综合性能提出了更高要求[2]。为此，本文结合现有HD-400型矿用带式输送机监控系统存在的问题，对其进行了改进，通过试验测试，所改进后的监控系统对带式输送机的作业效率及安全提供了重要保障。

1 现有监控系统存在问题

监控系统在HD -400型矿用带式输送机中的广泛应用，大大提高了设备的运行效率及作业安全。但随着技术的不断提升，加上井下作业环境恶劣性，导致现有监控系统在运行过程中存在一定的局限性，监控范围窄、信息误报现象时有发生，主要体现在以下几个方面：

1) 带式输送机打滑故障检测不及时。胶带通过与滚筒的相互摩擦接触，在摩擦力作用下，胶带进行传输作业。当两部件之间的摩擦力不足时，则会造成胶带发生打滑故障，并使部件的温度明显上升。而现有的监控系统对胶带的打滑监测方面存在监测不及时、精度较低问题，不能及时对打滑故障进行实时监测，且监控系统也未对胶带打滑时产生的温度进行监测，对设备的运行安全构成了严重的安全隐患[3]。

2) 现有监控系统中的关键模块，采用的是以前设计的模块，随着部件长时间使用，加上技术的不断提升，这些模块已不同程度地出现了设备老化、响应不及时、以及精度较低、功能单一等问题，无法较好地满足当下带式输送机的安全作业需求。

3) 由于监控系统的长期使用，导致其运行时经常出现设备温度过高、电压过大、胶带转速过慢等信息的误报现象，并由此产生相应的急停或报警提示，给设备的正常运行带来了严重影响[4]。

4) 现有监控系统在人机显示及报警方面也存在一定的不足，显示界面设计单一，不能将设备运行的关键参数及信息进行实时显示，且报警功能也相对单一，仅能发出一级报警，而不能根据故障的严重程度发出相应的不同等级的报警提示[5]。

综上分析，针对带式输送机现有监控系统存在的不足，对其进行优化改进设计，成为当下提高设备作业效率及运行安全关键。

2 监控系统硬件部分改进设计

带式输送机监控系统主要包括了硬件部分和软件部分，其中，硬件部分主要配备了PLC控制器、控制主站、各类传感器(温度、速度、烟雾、电压等)、通讯电缆、配电柜等，通过各部件的相互连接，组成了监控系统的硬件部分。而软件部分则主要包括设备的控制程序、报警程序、主控界面等方面内容。下面就该监控系统中硬件和软件的主要部分进行介绍。

2.1 PLC控制器的设计

PLC控制器是整个监控系统的核心，主要起到对设备的数据采集、信号处理、动作控制及运行状态监控等作用。通过对市场上不同型号PLC控制器的对比选型，选用了运算能力强、控制精度高、成本低的S7-400系列的PLC控制器[6]。该控制器的输入信号均在 4～20 mA范围内，可通过内部的整流器，将220 V的工业电转换为24 V的直流电，能较为方便地与外部电源进行对接。结合带式输送机监控系统的功能要求，在PLC控制器接口模块中，设计了8个I/O模拟量输入信号接口、10个I/O数字量输入接口及8个I/O数字量输出接口等，其中，通过各类传感器检测到的设备工作温度、运转速度、煤仓物位等信号将通过模拟量输入模块输入至PLC中，而设备运行中的运动指示、油泵到位、烟雾及堆煤情况等信息将从数字量输入模块输入至PLC中，最终通过数字量输出模块，将急停、响铃报警、运动命令等信号进行输出，并命令相关执行机构实行设备的命令操作，PLC控制器接口的连接框架如图1所示。

图1 PLC控制器接口的连接框架

2.2 控制主站设计

控制主站是监控系统的控制中心和大脑，而整个监控系统中的CPU模块和电源模块则主要安装在控制主站中，现有的控制主站大多未设计电源模块，在一定情况下具有较大的使用局限性。针对主站中的CPU模块，选用了煤矿中通用的315-2PN/DP模块，具有运算速度快、处理能力强等特点，其主要特点如表1所示。同时，控制主站中的以太网接口采用了TCP/IP 接口，可支持多种协议的相互交换。控制主站中的电源模块主要由 UPS 主机和UPS 电池组成，是一个电源存储器，当市电正常作业时，可通过UPS模块对市电进行调节稳压，之后向负载提供电源，当市电停电时，UPS模块则及时向负载提供电力，可保证PLC负载能持续运行5h，以此保证了PLC模块的正常运行。

表1 CPU主要参数

3 软件部分设计

3.1 主程序设计

结合前面设计的控制主站，需通过软件编程方式对设备的控制程序进行编写。主控程序在整个监控系统中，起到管理调度的作用，是控制主站的核心，主要通过模块中的INPUT模块，将设备的检修、预告时间、互锁、急停等各项功能要求通过编程方式进行信号的集中输入，之后根据前端的输入命令，通过OUTPUT模块，将启动、停止、预告等命令进行操作信号的有效输出。在整个主控程序编写中，采用了STEP 7编程软件中的 LAD梯形图语言，该语言具有形象直观、操作简单、应用普遍等特点，可自上而下、逐步分解方式对程序进行编写，由此，完成了主控程序的程序编写操作。

3.2 保护程序设计

带式输送机在运行过程中，经常会出现打滑、跑偏、温度过高、堆煤、烟雾聚集等故障问题，对设备的运行安全构成严重威胁。因此，在该监控系统中，设计了设备的保护程序，主要通过前端各类传感器检测到的各类信号，经过PLC控制器的运算处理，当检测到的信号超过设置的相应阀值时，PLC则发出相应的保护命令，如报警命令、停车命令等，实现对设备的保护，当故障问题被清除后，PLC通过信息对比判断，方可允许设备恢复正常运行状态。例如，由于该监控系统的温度传感器测量范围为0～55 ℃，主要负责对设备运行过程中的温度进行检测和控制，防止设备因温度过高而出现高温报警现象，由此，采用STEP7编程软件，对监控系统中温度检测程序进行了编程，其程序的梯形图如图2所示。

4 监控系统应用效果分析

针对改进设计的监控系统，将其在现有HD-400型矿用带式输送机中进行了进一步的应用测试，主要是在现有监控系统配置基础上，对系统中的PLC、控制主站、控制程序等方面进行了改进设计和更新，通过测试得出：新型监控系统运行更加稳定可靠，数据信息的响应速度更快，精度更高，当外部市电断电情况下，也可保证该监控系统的正常运行；同时，监控界面能将设备的工作温度、速度、电流、电压、井下烟雾浓度等信号进行实时显示和发送运行正常或故障报警的相关提示。该监控系统测试期间，操作人员仅需在监控室对设备进行监控，检测设备故障的作业时间同比降低了60%左右，大大降低了人员的劳动强度，同时，设备的正常运行时间同比增长了30%左右，给企业创造了较大的经济效益。由此，说明改进后的监控系统能更好地满足HD-400型带式输送机的使用需求。

图2 温度检测程序梯形

5 结 语

技术的不断创新，必将带动设备功能的完善提升，加大对现有设备及系统的技术升级改造，是更好地保证设备正常运行的主要手段，也是煤矿企业可持续发展的重要方向。