基于PLC的采煤机状态监测机构设计

程 浩

（山西汾西正文煤业有限责任公司， 山西 孝义 032300）

1 采煤机结构及常见故障

整体结构如图1所示，主要包括切割单元、牵引单元、电控模块、液控单元及其他辅助系统组成。电控模块是采煤机的动力系统，其通过连接设备与采煤机的切割单元、齿轮传动系统相连接，实现动力的传动与控制，同时电控模块也是液控单元和破碎机的动力来源[1]。

图1 采煤机结构示意图

采煤机常见的故障形式主要包括：

1）电控单元故障。在电控系统中，采煤机主要通过变压器将高压电降低为不同等级的低压电，以满足不同用电模块的用电需求，其常见的故障形式主要包括漏电故障、短路故障、越级跳闸、变压器过温故障等。

2）液控单元故障。采煤机的液控单元主要作用是控制采煤机的摇臂机与破碎机的运动，是采煤机的核心动力单元，其常见的故障形式主要包括油液污染造成的单向阀、液控阀等管路堵塞、管路破损等。

3）机械系统故障。机械系统是采煤机最重要的组成部分，主要包括牵引传动和摇臂传动两部分，因此在长期使用的过程中其用于传动的齿轮、齿条、轴承等，极易发生点蚀、断齿、过度磨损等故障，导致其出现机械系统故障。

2 采煤机运行状态监测机构的设计方案

结合采煤机工作要求和寿命要求，建立采煤机运行状态实时监测系统的整体构型，实现对采煤机运行情况的实时监测，其主要包括以下几个方面[2]：

1）采煤机运行状态监测。采煤机的运行状态监测就是对采煤机在工作时的各个工作参数进行采集、分析，对超过系统设定的参数进行报警处理，以便于及时采取修正措施。

2）采煤机的故障诊断。故障诊断就是利用数字信号对比分析的方法，对监测到的特征参数应用逻辑分析的方式实现对采煤机各组成单元的诊断，根据诊断结果对采煤机的运行进行相应的调整，确保采煤机的正常运行。

3）大数据信息管理。信息管理系统对采煤机的维修情况进行管理，对更换的部件、维修周期、处理措施等进行标定，通过对维修、更换部件的信息管理，为采煤机制定合理的检修周期和检修方案，提高采煤机的使用寿命及运行的经济性和可靠性。

3 采煤机运行状态监测机构的结构设计方案

我们开发的基于PLC的采煤机运行状态监测系统整体结构如下页图2所示，该系统能够对采煤机的运行情况进行实时监测，并将其运行情况传递给PLC控制系统，PLC控制系统将采集到的信号与内部的逻辑控制程序进行对比分析即可对采煤机的运行情况进行判断，并采取一定的措施，确保采煤机安全可靠的工作。

基于PLC的采煤机运行状态监测系统其主要包括信息监测、信息传输及信息应用三个部分[3-4]，信息监测模块主要对采煤机在工作过程中电源系统的电压、电流、变压器温度，液压系统的液位、压力、油温、油液内悬浮颗粒的数量及机械系统的工作情况进行监测，并将采集到的信息数据转换为相应的数字信号，传递到PLC控制系统中。

图2 基于PLC的采煤机运行状态监测系统

信息传输系统起着将信息监测单元采集到的采煤机各系统的工作信号传递给PLC控制中心的任务，为了确保信息传递的及时性、准确性和完整性，我们选择有线传输的方案，并选择与PLC相配套的传输控制及网际协议（简称TCP/IP）模块，通过采用NI-OPC服务来实现PLC系统和上位机之间的通讯。

信息应用模块是PLC控制系统中最核心的处理模块，根据监测系统的控制要求，信息应用模块首先会对所有收集到的采煤机参数信息进行初步分析并储存，对收集的数据信息进行大数据处理[5]，建立起采煤机工作状态的数据库，同时对采煤机的工作寿命与工作状态之间的关系进行分析，同时实时的将监测数据信号与理论数据进行分析，及时对故障源进行锁定并及时报警。

4 结语

采煤机是实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一，机械化采煤可以减轻体力劳动、提高安全性，达到高产量、高效率、低消耗的目的，但其往往也容易发生故障。因此，结合实际工作经验及采煤机的实际工作要求，提出了基于PLC的采煤机状态监测机构实施方案，确定了采煤机信息监测系统信息传递方式等，以确保采煤机的安全运行。