赵晓璐

（晋能控股煤业集团铁路运营有限公司矿山铁路分公司，山西大同 037000）

在综采工作面采煤机是一个核心机械设备，通常采煤机工作的稳定性对矿井进行能够产生直接影响。当采煤机工作的过程中，其工况环境主要存在如下几个方面的问题：第一，通风效果不理想；第二，粉尘集中；第三，散热性能不好等，从而导致采煤机出现了如下问题：第一，电机烧坏；第二，滚筒磨损严重；第三，作业功率超限转速；第四，作业温度相对较高等。假如维修人员不能有效地解决采煤机的上述故障，那么将会对采煤机的工作效率产生严重的影响[1]。

通过分析采煤机的工作原理，本研究为采煤机设计一个性能更为智能化的监控系统。因此，首先借助工业控制技术基础，对采煤机的结构进行分析，接着以PLC 控制技术为基础，对采煤机控制系统以及关键单元进行分析与设计，最终借助远程控制系统对采煤机进行测试，经过实践发现该系统工作性能可靠，具有一定的应用价值。

1 采煤机结构组成分析

煤矿企业在开采时大都选用双滚筒式采煤机，此采煤机通常能够依据采煤层厚度以及相应的高度，实现设备的自动调整，一般实现自动工作的效果。该采煤机主要结构由如下几个单元组成：第一，牵引单元；第二，截割单元；第三，滚筒；第四，动力电机；第五，电气控制系统等其中，牵引电机可以借助主动链轮把动力输出给减速器，与此同时通过轴承将动力传输到滚筒，进而可以实现对煤层的开采。而滚筒在采煤机中又是居于核心地位，主要涉及截齿、螺旋叶及端盘等零件。通过实践发现滚筒主要的故障问题是截齿断裂[2]。与此同时，滚筒与截齿在使用的过程中由于散热效果不理想，通风差以及供水冷却系统弱，从而导致零件局部温度过高，从而对设备产生影响。为此，要想实现采煤机正常工作，必须设置一套监控系统，从而可以更好地对设备进行实时监测。

2 采煤机监控系统设计

本系统主要包括如下几个方面：第一，现场设备层；第二，控制层；第三，本地控制管理层；第四，远程诊断管理层。其中，对于现场设备层而言，主要是完成采煤机运动状态以及工控环境方面的数据采集，因此设置了大量的传感器诸如：第一，瓦斯传感器；第二，粉尘传感器；第三，温度传感器；第四，电流互感器等。对于控制层而言，工控机选择研华生产的产品，其能够与西门子的PL.C 及WinCC 组态软件监控平台进行通信连接，从而可以远程监控采煤机的作业以及下位机工作状态，可以有效地避免安全问题。与此同时，可以借助内部设置的储存单元对数据进行归档整理以及生成相应的报表[3]。对于远程诊断管理层而言，其借助IE 浏览器以及监控平台可以监控采煤机的运行状态。假如采煤机作业温度超过设置值时，那么这时监测人员能够通过监测显示平台观察故障类型以及报警信号，最终通知维修人员依据报警信息及时排除故障。该监控设备功能全面，性能稳定，大大降低了设备的故障率[4]。图1 表示采煤机作业状态监控系统的总体框架图。

图1 采煤机作业状态监控系统的总体框架图

3 监控系统关键分系统设计

3.1 PLC控制模块设计

PLC 控制单元必须能够实现对采煤机工作状态的实时监测。为此，在设计的过程中设置了控制程序与逻辑单元以实现实时监测的目的。其型号为西门子的S3-700型，将其设定在直径控制层，其可以能够有效地对采煤机工作的如下几个环节进行控制：第一，动作控制；第二，运行数据检测；第三，逻辑计算等[5]。与此同时，时刻可以接受上位机的指令，并且通过光纤将数据传输到工控机中。PLC 控制程序采用STEP7 进行梯形图程序编写，输入单元选用AI8x12bit 单元，其配置有10个温度输入信号端。当AI单元完成采集数据之后，其可以把数据保存在IW368 映像的存储器内部。图2表示PLC控制程序的流程图。

图2 整个PLC控制程序的流程图

3.2 PLC与变频器通信设计

为了提高监测系统稳定性，在系统中配置了变频器，其型号为ABB-ACS800，以Profibus-DP进行信息传输，并能够与PLC 进行通信[6]。其中，Profibus-DP 网络协议能够实现分布式I/O控制单元的作用，借助高速数据实现信息的传输。与此同时，该变频器包括：主、从变频器、一台工控机。此外，在网络方面设计一个主站与若干个从站，其中，主站依据站号传输信息，最大频率为12Mbit/s。通常，Profibus-DP 网络协议能够把信号输送到PLC 控制器接口，诸如：第一，CPU；第二，AI；第三，AO等接口中。即可控制采煤机实现启动、停止、运行等制命令[7]。此外，可以在控制终端设置电阻，进而通过吸收信号中的发射波来增强信号，图3表示相应的PLC与变频器的网络配置图。

图3 PLC与变频器的网络配置图

3.3 温度检测及保护模块设计

为了能够实时监测采煤机作业温度，在该单元中设置了温度与保护电路。该电路单元主要借助铂电阻的物理特性，比如高电阻率、高稳定灵敏性等，从而实现监测采煤机温度的目的。通过铂电阻形成一个温度传感器，其监测温度范围在-70℃～600℃之间。该控制电路单元选用5V直流电源进行供电，选用LM324差分放大器对电源电压进行调节[8]。WR2表示120Ω的滑动变阻器，能够有效地调整电桥电压。图4表示温度检测及保护的电图。

图4 温度检测及保护模块电路图

4 系统应用测试

工作人员把该系统设置在采煤机中，经过三个月的工程实践，检测该系统的性能。经过工程实践发现，该系统运行正常，监测得到的数据正确无误，界面相对清晰，并且能够实现对数据的分析以及呈现出数据图形等。工作人员可以借助监测系统界面直观地观察数据变化情况[9]。与此同时，传感器采集精度较高，能够实时监测采煤机工作温度，对滚筒切割高度进行检测，对瓦斯浓度进行检测等，并且将采集的数据通过界面显示出来。当出现报警信号时，工作人员可以及时排除故障。该系统应用之后，采煤机设备的故障率下降了60%。此外，不仅可以有效减少维修人员的数量，为企业降低人力成本，而且可以极大地优化维修人员的劳动强度。由此可以看出，该系统能够提高采煤机的工作效率、优化性能以及延长使用年限[10]。

5 结语

采煤机性能的优劣直接影响开采效率，为了能够有效地降低采煤机的故障率、优化采煤机的性能、提高工作效率以及延长使用周期。本研究与采煤机结构为基础的对采煤机的动态监控进行设计，探究基于PLC控制器的采煤机监控系统总体设计及关键分系统。通过工程实践发现，该监控系统运行良好，能够实现实时正确的监测，能够实现全方面的监测，工作人员可以通过显示界面实时监测采煤机的工作状态，以及查看故障情况，从而可以有效地降低了采煤机的事故率。不仅可以有效减少维修人员的数量，为企业降低人力成本，而且可以极大地优化维修人员的劳动强度。由此可以看出，该系统能够提高采煤机的工作效率、优化性能以及延长使用周期。因此可以看出该系统具有一定的应用价值。