刮板输送机自动化监控系统的应用

张小强

（山西新元煤炭有限责任公司， 山西 寿阳 045400）

引言

在煤矿综采工作面中，依靠设置在工作面两端的刮板输送机将采煤机截割或放顶支架放落产生的原煤运输出采煤区，再通过转载机和皮带运输机将运煤输送到井底煤仓或地面，因此刮板输送机是煤矿关键的运输设备之一[1]。而在地下煤矿的实际生产中，由于工作面昏暗潮湿，一般采用馈电开关对管板输送机进行远程操控开关，缺乏有效的监控措施。由于刮板输送机的自动化程度过低，存在如下缺陷：一是无论有无原煤产出，管板输送机一直处于运转状态，造成电能的大量损失；二是当出现链条卡阻时，如未及时关闭刮板输送机的电源会造成链条断裂或电机烧毁等；三是重载与轻载时均为匀速运转，导致刮板输送机磨损加速[2]。由于采用自动监控系统的刮板输送机具有智能调节输送能力、减少无用功、远程控制、智能监测、自动保护和故障预报警等功能，因此被广泛地用于综采工作面的原煤运输作业，为煤矿的开采效率和安全生产提供保障。

1 问题概况

某矿3016综采工作面在采煤段首尾均设置有一部中双链PF6/1142型刮板输送机，器驱动电机的功率为1050 kW，最大可提供450 kN·m的转矩。通过馈电开关控制刮板输送机的运转，无调速功能。在2016年3～9月期间，由于卡矸导致电机烧毁2次，链条断裂6次，导致有效生产工时损失36 h，给该矿造成了巨大的经济损失。

2 刮板输送机自动监控系统硬件配置

由于3016综采工作面回采段首尾采用管板输送机的型号相同，因此采用并行两套同样的自动监控系统对刮板输送机进行控制。现以前部刮板输送机自动监控系统为例进行分析。如图1所示，为刮板输送机自动监控系统的各部件之间的连接图。刮板输送机自动监控系统的硬件部分包括分散控制的减速机驱动控制器、图文显示器和传感器配电箱等。

图1 刮板输送机自动监控系统硬件配置图

由图可知，每个图文显示器与驱动控制器都连接在同一条Probfibus总线上。每个采用自动监控系统的刮板输送机配有3部图文显示器，其中图文显示器1设置在井下综采工作面的集中控制室中，而图文显示器2和图文显示器3分别安装在刮板输送机首尾的挂板上。驱动控制器1和驱动控制器2也分别安装在刮板输送机首尾的驱动电机上，利用通信电缆将驱动控制器与安装在CST减速机内对应的传感器配电箱连接。所有控制器与传感器最终均连接到线路终端。通过线路终端对刮板输送机的状态进行检测，只有当刮板输送机的各项参数处于正常时，操作人员才可通过旋转安装在集中控制器上的启车旋钮控制刮板输送机的运转。

安装的图文显示器与驱动控制器上设有12个接口。1号接口为允许启车信号接入口，该接口与光电耦合器连接，依靠耦合器的通闭控制输送机能否启车；2号与4号接口为预留信号交换接口；5号和6号位备用接口；7号和8号为现场总线接口，通过这两个接口连接RXD和TXD串口，图文显示器和驱动控制器通过此接口进行信号交流；9号～11号为信号接入口，通过这三个接口接入刮板输送机的电流和功率信号，对刮板输送机的状态进行检测；12号为电源接口，为设备提供电力。

2.1 图文显示器与驱动控制器

在图文显示器上可以实时展现各项传感器检测到刮板输送机的参数，控制人员可以通过图文显示器了解到刮板输送机运行是否正常。由于3台显示器连接在一条Profibus总线上，所以显示的内容一样。一旦系统检测到刮板输送机出现故障就会在图文显示器上显示报警界面并发出警报声，提醒工作人与及时进行检修。

驱动控制器是刮板输送及实现自动化监控的关键设备。所有的传感器配电箱均接入驱动控制器。驱动控制器可自行对各传感器检测到的信息与额定数据进行对比，一旦传感器传输来的信号不在额定范围内就会自动判定刮板输送机出现故障并发出警告，然后控制图文显示器显示故障界面。

该系统每次运行时都会给每个接入设备分配一个序列号，然后将其接入对应的驱动控制器并激活，以便进行数据通讯。利用循环冗余检验程序来检验控制系统内的数据传输是否正确，并且采取全双工通信模式。当接入系统的设备没有被激活时，此设备无法被系统识别，通信线路中就会出现不同的循环冗余检验代码，刮板输送机控制系统就无法运行。此时可利用现场总线来检测有多余的设备接入系统，依靠对比发出和接受代码设备数量的不同就可判定现场总线出现故障。

2.2 传感器

在传感器配电箱上设有16个信号接入口，其中11个为常用接口，5个为备用接口。通过常用接口接收不同传感器的输入信号可以实时检测到驱动电机的输入转速、CST减速机的输出转速、滤油器的压差、冷却油的压力、系统油压、联轴器内的压力、液压盘内的压力、液压油的温度、联轴器片的温度、联轴器内的油温和减速机内的油位信息等信号。

3 刮板输送机自动监控系统软件设计

刮板输送机自动监控系统的软件部分包括系统显示菜单和系统控制流程两部分。

3.1 系统显示菜单

如图2所示，图文显示器的菜单系统采用分层设计。在此系统中，顶上为表层菜单，该层可以显示驱动系统的所有功能，不针对某一具体图文显示器和驱动控制系统。菜单的第二层有图文显示器和驱动控制器两部分，分别可以使用图文显示器和驱动控制器的所有功能；在菜单底层对某一个图文显示器和驱动控制器进行特定操作，并且还可以在此界面设置某一图文显示器显示的参数和驱动控制系统的功能。

图2 系统显示菜单设计图

3.2 系统控制流程设计

刮板输送机自动控制系统的系统控制流程如图3所示。由图可知，当发出启动输送机的信号后，自动控制系统会先判别是否有停车信号（外部紧急停车信号或内部停车信号），当存在停车信号时，刮板输送机处于关闭状态；当不存在停车信号时，系统则判定电机是否处于待机状态（此时电机未运转，传感器检测的各项参数处于正常范围，且控制系统内通讯正常）。若处于待机状态，操作人员可按下启动键发出启车信号，电机随之运转。

图3 系统控制流程图

由于在设计时为保证刮板输送机的动力充足，因此在其首尾均设有一台驱动电机。为避免不必要的电能损失，现设置为两台驱动电机在正常情况下错开运转时间。在传感器检测到负载较重时，启动控制器控制两台驱动电机同时运转。并且当刮板输送机处于停车状态时，其底部的链条为松弛状态。在电机启动时会由于底部存在存链而导致启动阻力增大，对电机造成损害。通过设置安装在刮板输送机尾部先于头部的电机启动来消除此阻力。

当输送机工作时间过长，传动链条就会因为内部的拉应力而伸长，不利于输送机的稳定运行。现设置紧链器来拉紧链条消除链条松弛的状态。但由于紧链器进行张紧链条需要消耗一定的时间，因此设置一个紧链器延迟时间以实现紧链器同步（在预设的时间内通过向没有连接紧链器的驱动控制器发出紧链过程结束的信号来使系统判定紧链器处于同步状态），若紧链器未同步，输送机就会停机。

由于刮板输送机采用的是通过液压联轴器连接驱动电机和减速机的设计，因此电机启动需要先对液压联轴器进行预充压，并且对预加压设置一个期限，在预定期限内联轴器完成预充压的信号会进入驱动控制器，反之则无法启动。

4 现场应用

2017年3月，该矿3016综采工作面的刮板输送机完成了该自动监控系统的建设，在为期6个月的工业试验期间，由于自动监控系统及时并报警提醒工作人员检修，未出现一次断链、电机烧毁或链条阻卡事故，避免了有效工时的损失。现已在其余综采工作面的刮板输送机上进行了安装应用。

5 结语

刮板输送机自动监控系统的成功实践表明，自动监控系统具有优良的启动性能和监控能力，传感器与驱动控制的有机结合以及科学的软件设计，可以使刮板输送机安全高效地运行，避免刮板输送机出现故障，为煤矿的稳定生产提供保障。