皮带运输系统监控平台的设计与实现

曹 然

(大同煤矿集团有限责任公司，山西 大同 037000)

皮带运输系统作为煤矿井下重要的连续运输设备，其工作效率直接影响着整个矿井的煤炭开采效率。皮带运输系统设备多、铺设线路长、各设备之间存在逻辑闭锁关系，以致皮带运输系统的故障发生率较高，如皮带跑偏、皮带断裂、滚筒损坏、声音异常等，影响煤炭安全、连续、高效生产[1-3]. 设计并实现一种皮带运输系统监控平台，在皮带运输系统发生故障时，及时、准确定位故障点，根据该故障点的提示解决故障，或者将故障信息转述给开发人员，由其协助快速解决故障，保证皮带运输系统的连续、安全、稳定运行。

1 皮带运输系统监控平台的系统设计

根据大同煤矿集团云冈矿实际生产需求，对其皮带运输系统增加监控平台功能，该监控平台的系统设计见图1，核心硬件为PLC控制器以及监控平台人机界面，PLC控制器获取传感器、开关、语音报警以及变频器等设备的数据信息，经PLC控制器综合分析处理后，以Modbus TCP的通信方式发送给皮带运输系统监控平台，将数据信息在平台上进行显示，方便对皮带运输系统进行监控，发生故障时对故障能及时定位并解决。

图1 皮带运输系统监控平台系统设计图

该皮带运输系统包含有3台电机，由变频器进行恒转速或恒转矩控制，通过CAN通信方式将变频器组的运行状态、运行参数、故障信息发送给PLC控制器。传感器组包括速度传感器、堆煤传感器、烟雾传感器、温度传感器等，这些传感器实时监测皮带运输系统的运行状态，保证其连续、安全、稳定运行。PLC控制器获取上述传感器组数据，当任何一个传感器数据处于非正常范围时，由PLC控制器触发报警并在监控平台显示。开关类主要包括急停、启动、停止等开关量按钮，用于对皮带运输系统进行手动控制。语音报警安装在皮带运输系统的沿线，当皮带运输系统启动、停止或者有故障发生时，触发语音报警。

2 监控平台的硬件选型

在皮带运输系统监控平台的设计中，PLC控制器选用EPEC 6100系列，变频器选用汇川W4型四象限变频器，开关类硬件选用沈阳广角矿用隔爆型控制按钮以及矿用隔爆型急停按钮。语音报警器选用天津华宁KTK101-1型组合扩音电话报警装置。监控平台人机界面选用威伦通emt3070b型HMI. 速度传感器选用GSH6型电感式速度传感器，其基本误差为±2.5%，测量范围为0～6 m/s. 堆煤传感器选用GUJ15型，用于检测皮带上煤块的堆积、堵塞。烟雾传感器选用GQG5矿用本质安全型烟雾传感器，用于检测皮带运输中出现的烟雾，以防火灾的发生。当烟雾浓度≥5% osb/m时，该传感器动作，响应时间≤20 s. 温度传感器选用矿用本质安全型红外温度传感器，其测量范围为0～300℃[4-5].

3 监控平台的软件设计

皮带运输系统软件采用PLC编程实现，该监控平台的数据处理流程见图2. 首先，PLC控制器与监控平台需要建立Modbus TCP通信，用于传送数据的通信连接。监控平台获取到PLC控制器传送的数据后要对该数据进行分类，如果该数据是系统信息，如电压、电流、功率等，则在监控平台上直接进行显示；如果是故障信息，如传感器类故障、开关类故障、电机类故障等，则进行故障信息处理流程；如果是数据信息，如皮带运行实时速度、皮带运行累计时间等，则在监控平台上直接进行显示。

图2 监控平台数据处理流程图

皮带运输系统监控平台的故障信息处理流程见图3，监控平台接收到PLC控制器的故障信息后，首先对该故障信息进行分类，分为开关量故障、传感器故障以及电机故障3类。开关量故障即为PLC控制器输入开关量以及输出开关量故障；传感器故障即为皮带运输系统中的速度传感器、烟雾传感器、堆煤传感器等；电机故障即为电机过热、过流、过载等故障。对于上述发生的3类故障，需要在监控平台上显示故障信息类别以及具体故障内容。当点击某一种故障信息后，监控平台会弹出一个窗口，在该窗口中会进一步提示该故障的具体位置，并会给出解决该故障的具体措施。这样，利用皮带运输系统的监控平台，能够及时、准确地处理故障，保证皮带运输系统生产效率。当无法处理故障时，可以将该故障信息描述转述给开发人员，由其协助处理。

图3 监控平台故障信息处理流程图

图4 速度传感器工作流程图

皮带运输系统中的传感器用于实时监测皮带系统的运行状态，如速度传感器用于监测皮带运行速度，及传动滚筒速度。当速度传感器获取到这两个速度值后，对其进行分析，如果滑差率≥7%，且时间未超过20 s时，触发报警装置进行报警；如时间超过20 s，则直接停机。速度传感器工作流程图见图4.

4 监控平台的显示界面

皮带运输系统监控平台显示界面见图5，分为3部分，第一部分为电机状态显示，如有3个电机、分别指示出其“有电”、“运行”以及“故障”点，以及电压值、电流值以及功率值；第二部分为皮带运行参数显示，即皮带运行实时速度、皮带运行时间等，皮带运行速度最大限制为4.5 m/s，一般情况下运行速度为3.0 m/s，日运行时间为16 h；第三部分为故障信息，包括故障状态点，如“电机故障(过热、过流、过载等)”、“传感器故障(速度传感器、堆煤传感器、烟雾传感器等)”，以及“故障描述”和“解决提示”。通过故障状态点可以知道是哪一类故障，通过“故障描述”可以知道该类的哪一个故障，通过“解决提示”可以轻松、方便地解决该故障。

图5 监控平台显示界面图

5 结 论

增加监控平台的皮带运输系统，提高了皮带运输系统的故障定位以及解决效率，使得皮带运输系统出现故障时，通过监控平台，可以及时、准确地对故障点进行定位并解决，并能够准确掌握皮带运输系统的运行状态、各参数信息。该设计方案已经完成工业性试验，在后续的设计中，根据实际工况对监控平台的参数、状态以及故障信息进行优化，为皮带运输系统的安全、稳定、连续运行提高强有力的保证。