上仓胶带机驱动滚筒温度及振动在线监测改造

孙 超

(神东煤炭集团大柳塔煤矿，陕西 神木 719315)

0 引言

当前，井工煤矿生产的煤炭主要通过胶带机一级搭接一级地运输至煤仓，因而胶带运输机的正常运转与煤矿的生产效率息息相关[1-5]。如何在低成本的情况下，通过科学手段升级改造现有设备，让设备在运行的整个生命周期内安全、稳定、高效地运行成为当下的主要研究对象。近年来对胶带机的自动化升级改造、集中监控和控制成为胶带机的发展趋势[6-10]。如何让胶带机能够较好地用远程控制的方式运行，只有在实时数据快速准确传输的情况下才能实现。通过对大柳塔煤矿5-2煤上仓胶带机的改造，介绍胶带机驱动滚筒温度及振动在线监测改造实施过程。

1 胶带机改造前概况

大柳塔煤矿5-2煤上仓胶带机(002胶带机)于2011年7月投产使用，日运煤量10万t，是该矿5-2煤的主要运输设备。若设备损坏更换需用时8 h，则严重影响当日生产任务。目前已通过对磁力启动器和胶带机控制器的改造实现上位机集中远程控制。胶带机示意图及具体参数，如图1所示。

图1 大柳塔煤矿大井5-2煤上仓胶带机示意图

胶带机运量为5 000 t/h，带速为4.5 m/s，带宽为2.0 m，倾角为11°，运输长度为(长×宽×高)=262 m×4.3 m×3.7 m；提升高度为53 m。

2 改造实施方案

大柳塔煤矿大井5-2煤自动化系统控制网络为千兆以太网工业环网，主要PLC设备位于主井变电所内采用Rockwell公司ControlLogix系列设备。

通过实地调研发现上仓驱动滚筒在安装时滚筒均未预埋温度传感器和振动传感器，现需增加振动传感器和温度传感器，达到对上仓胶带机实时监测监控，从而消除监控盲点。

在大柳塔煤矿上仓驱动滚筒上安装矿用本安型表面温度传感器。在滚筒两侧安装振动传感器，监测X轴和Y轴方向振动。

2.1 设备选型

传感器选型：此次改造为上仓胶带机，选用的改造设备必须遵循矿用产品使用要求。

温度传感器选型：在不破坏原有设备性能的条件下，此次改造使用的高强度磁铁吸附式温度传感器，避免破坏原有设备结构影响设备整体性能。此次选用的GWP 200型传感器，核心元件为PT 100铂热电阻，PT 100温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表，适用于对煤矿机电设备的温度进行连续测量，在具有爆炸性气体的混合物场所中使用，传递温度的电信号，为电机轴承专用感温器，也可测量其它机电设备的温度变化情况。可与多种需要测量表面温度的监测系统配套使用。

温度传感器检测模块选型：本次选用恩泰科公司的XM 361动态温度监测模块，读取到温度传感器上传的电阻信号，通过标准的工业DeviceNet通讯方式，将数据映射到就近PLC内部寄存器中，PLC处理器利用自身的背板通讯将数据快速处理，同时将数据上传至综合自动化系统平台。

振动传感器选型：选用原则与温度传感器相同，所选产品优先选用磁体吸附式矿用产品。文中选用的振动传感器内装IC集成电路放大器的振动加速度传感器，通过矿用阻燃电缆连接信号调理模块，由本安电源信号调理模块供电，根据矿用电气产品本安电气要求设计的信号调理板由本安供电调理模块供电，从而为振动加速度传感器供电，并实现振动信号的调理功能。该仪器在本安试验中测得的本安参数分别为：本安电压DC21V，本安电流65 mA，本安电容0 μF，本安电感0 mH。

振动传感器检测模块选型：选用恩泰科公司所产的XM 124动态监测模块作为数据采集终端，接入振动检测装置输出的振动信号，同时测量FFT和时间波形，同步或者异步，每个通道4个波段。数据接入到动态模块内，在通过标准的工业DeviceNet通讯方式，将数据映射到就近的PLC内部寄存器中，PLC处理器利用自身的背板通讯将数据快速处理，同时将数据上传到综合自动化系统平台。

2.2 主要设备技术参数

温度传感器(GWP200)：量程—0～200 ℃；感温元件—PT 100；供电电源—无源式；精度—B级；环境温度—-20～65 ℃；固定方式—M6螺纹固定/磁铁式；防爆类型—矿用本质安全型；防爆标志—Exib I。

温度监测模块(XM-361)：通讯方式—DeviceNet；波特率—根据网络波特率自动设定125/250/500 kb；输入信号—6通道热电阻或热电偶信号；输出信号—4～20 mA/每通道对应一路输出；状态灯—8LEDS MS/NS/通道状态；电源—21.6～26.4 VDC，最大电流400 mA；工作温度—-20～65 ℃；存储温度—-40～85 ℃；尺寸—H×W×D=97 mm×94 mm×94 mm；认证—UL/CSA/EEX/CE/C-Tick。

动态监测模块(XM-124)：通讯接口—DeviceNet；波特率—根据网络波特率自动设定125/250/500 kb；输入信号—2通道电压输入信号，-10～10 VDC；输出信号—4～20 mA/每通道对应一路输出；测量—FFT和时间波形，同步或者异步，每通道4波段；状态灯—MS/NS/每通道状态灯；电源—24 VDC，最大电流350 mA；工作温度—-20～65 ℃；存储温度—-40～85 ℃；尺寸—H×W×D=94 mm×94 mm×94 mm；认证：c-UL-us/CE/Ex/KC/C-Tick。

振动检测装置(GBC1000)：灵敏度—5 mV/ms2；测量范围—1～10 kHz；测量加速度范围—0～50 g；输出电压范围—-5 V～5 VDC；电源—18～30 VDC；外壳防护等级—IP54；防爆类型—矿用本质安全型。

根据实地考察，驱动滚筒温度和振动数据通过相应的温度监测模块与振动检测装置接入最近的主井变电所PLC柜，通过此变电所的PLC处理器上传数据，PLC柜通过TCP/IP协议与综合自动化系统平台相连。温度、振动传感器组网方式：通过DeviceNet网络协议接入综合自动化系统平台。设备安装及系统结构方案，如图2所示。

图2 系统结构图

2.3 数据点

模拟量输出：传感器传输数据为模拟量输出，数据点有：1#驱动滚筒左温度、1#驱动滚筒右温度、1#驱动滚筒左X轴振动幅值、1#驱动滚筒左Y轴振动幅值、1#驱动滚筒右X轴振动幅值、1#驱动滚筒右Y轴振动幅值。

报警：通过平台设置各个模拟量报警值，系统会自动生成开关量数据用于组态画面报警，报警后联锁响应，开关量数据有：1#驱动滚筒左温度超限报警点、1#驱动滚筒右温度超限报警点、1#驱动滚筒左X轴振动幅值超限报警点、1#驱动滚筒左Y轴振动幅值超限报警点、1#驱动滚筒右X轴振动幅值超限报警点、1#驱动滚筒右Y轴振动幅值超限报警点。

综合自动化系统平台组态使用相关软件：通过PLC上传的温度、振动数据利用现有Rockwell公司ControlLogix的系统平台下的RSLINX桥接软件配置相关的通讯接口模块，增加对应的传感器接入综合自动化系统平台，然后通过RSVIEW组态软件将数据以图表等形式直观的展现。

综合自动化平台与数字矿山统一平台对接方式：开放综合自动化系统PLC数据接口，通过RSLINX内的OPC后台服务开通建立通讯机制，OPC是以OLE/COM机制作为应用程序的通讯标准，打开RSLINX OPC服务，寻找通讯数据地址，将需求变量复制到数据列表中，就可以通过本地在线连接所需要的数据变量。数字矿山统一平台构建OPC Client服务器接收来自综合自动化系统平台温度和振动系统的数据，构建Client服务器将所收取到的数据进行分发，并通过利用IEC104 Daemod协议转换软件将所需数据传输给数字矿山统一平台实时数据服务器，统一平台人机界面系统直接调取并直观的显示到监测大屏中。

3 结语

通过改造，数字矿山统一平台能够对大柳塔煤矿5-2煤上仓胶带机驱动滚筒的温度和振动数据实时监测，并通过曲线记录和长时间的振动信号监测设置报警值，一旦超限，进行报警，进一步结合离线点检仪进行频谱分析诊断出具体的故障点，监控画面由矿内调度值班人员24 h监控，一经发现问题第一时间通知使用区队科学检修处理现场问题，可以达到预防性维护的功能。在系统新功能的实施过程中，利用原有系统的统一平台，节约了成本，最终大幅度地提高矿井综合自动化的整体技术水平。

此次改造为原有功能上的一次升级，通过升级完善原有自动化系统，能够更全面、更有效地监测监控矿井的胶带运输机运行情况，提高矿井运输环节的透明度，缩短故障诊断时间，具有较好的社会、经济效益，并且具有很强的移植性和推广应用前景。