基于PLC的采煤机运行监控系统设计

李 强

（山西煤炭运销集团南河煤业有限公司，山西高平 048400）

0 引言

煤炭行业在社会其他行业里有着举足轻重的位置，是我国的支柱产业之一。目前采煤机在工作时的安全性和稳定性有了更高的标准，现在有许多煤矿对综采面的生产效率要求较高。采煤机长年累月在矿井下进行采煤工作，所以环境对采煤机造成了极大消耗，很容易出现意想不到的问题，轻则停机，重则停产，给煤炭企业带来了巨大损失。为了避免事故的发生，保证采煤机在运行时有一定的安全保障，目前主要采取工人在采煤机运行时进行巡视，浪费了工人大量的时间且效果不佳。所以急需监测采煤机的运行状态的设备，一旦机器在运行时出现问题及时通知工作人员并且可以保证维修人员可以迅速准确定位故障位置，快速进行修理，使采煤机恢复运营状态。

1 采煤机系统构成

采煤机系统构成包括：截割系统、牵引系统、液压系统以及其他系统。如图1所示，它是综采面适用于装煤和落煤的大型机械化设备。

采煤机在运行时，截割系统是直接工作部分，主要是通过图1中部位1上的截齿对大的煤块进行切割。图1中部位3相当于采煤机的供能系统，主要功能是当机器在工作面上移动时，控制它的速度，从而完成开采任务，采煤机运行的整体工作效率则是牵引装置所决定的，如果截割系统在工作时采取较大的阻力，那么牵引系统则会降低采煤机的运行速度，从而起到保护截齿的作用；而截割系统在运行时阻力较小，那么牵引系统则会加快机器的前进速度，提高采煤机采煤的速度。液压系统的重要部分是液压泵站、管路以及阀体，在采煤机运行时主要控制摇臂的摆动、喷雾降尘装置等。

图1 采煤机整体结构示意图

2 采煤机运行监测控制系统应具备的必要条件

采煤机运行监测系统的主要用途是在采煤机运行状态时对机器各个部分零件进行监控，保证所检测到的信息数据准确并且对传递信息的速度有一定的保障。所以，该系统必须满足以下条件。

（1）信息的采集以及分析功能。主要是监测采煤机在运行状态时各个部分的状态，如果电机温度、电压、电流、载齿负载等情况出现异常情况。可以将所采集的数据迅速进行初步的了解。

（2）故障的判断以及记录功能。主要作用是把监测到的机器各部分零件的运行状态进行收集和处理，并且与预定程序中的状态进行对比，如果有一定的偏差可以在一定范围内进行轻微的调整，并且把收集到的问题进行记录，供工作人员分析。

（3）故障报警功能。如果检测系统在运行过程中检测到采煤机某些部位运行异常时，要是与设定的指数有一定的偏差，则会发出声音提醒工作人员，并且进行分析与处理。

（4）传递信息的功能和显示指标的功能。监测系统把收集到的数据给每个控制中心传送过去，并且将监测到的数据进行整理，以曲线以及表格的方式在屏幕上显示出来，方便技术人员进行数据处理。

3 采煤机运行监测控制系统结构的设计

采煤机的监测控制系统主要由感知层（监测层）、传输层（网络层）、应用层（控制层）构成。可以对采煤机在运行状态时各个零件的状态进行更直观的监控，同时把收集到的数据迅速安全地传达到控制中心，实现对采煤机运行状态的控制。

图2 采煤机监控系统结构示意图

（1）监测层。感知层也就是监测层，是由采煤机系统里的电压表、电流表、温度传感器以及压力传感器等组成。它主要功能是采集采煤机在运行时各部分机器的运行状态，把收集到的数据处理后再输送到PLC中心。监测层是采煤机在使用时所需要的最基础的设施，因为收集数据的准确性以及所需时间的多少都直接关系到检测系统是否可以把数据输送到技术人员的手中，所以对技术要求更严格。

（2）网络层。网络层和应用层是一样的，主要是把控制层和监测层连接起来。CAN控制局域网是主要组成部分，网络层的主要作用是把上一层收集到的信息传递给控制中心，并且把控制中心处理好的数据再下达到控制层，并且把工作人员对一线采煤机控制区的命令准确传送过去，实现对采煤机运行的远程控制。

（3）控制层。控制层的概念和应用层是一样的，控制层是采煤机在地面使用时的心脏。在控制层的部分有各种操作平台和显示器，上一结构把它收集到的信息以曲线和表格的方式呈现出来，那么在控制中心处的工作人员就可以迅速了解到采煤机的运行情况，如果采煤机出现任何异常。工作人员就可以在控制中心通过计算机直接下达命令，对矿井下的采煤机进行控制。

4 监测控制系统抗外部信号干扰的设计

采煤机在矿井下综采面的空间位置狭窄，环境恶劣，所以在采煤机运行时供电电网所产生的电压会出现异常，除此之外，其他设备出现的电磁波也严重波及到监控系统对采煤机数据的收集以及传递数据的准确性。所以，迫切需要在监测系统中安置一个专门抗干扰的仪器，以确保在传递信息时检测系统不会出现错误。

（1）过滤电磁波的设计。主要是在机器传感设备的电源处放1个电解容器，为了防止其他机器产生的高频率波长对设备的干扰，在电路处设置1个分支电路并且串联1个电容。

（2）对传输网络电路采用屏蔽电缆。为了减少其他信号对信息传递的影响，在监测系统中，使用七芯的屏蔽电缆，而且将所用的电缆都与大地相接。

（3）模数独立设计。在传递信息的时候，数字电路也会产生一定的干扰，为了避免这些干扰，把数字电路和模拟电路都分开存放，减少干扰。

5 结束语

本文主要是根据目前煤矿采综面自动化发展的要求，分析了目前采煤机结构和控制要求，提出了对采煤机在运行时进行监控的设计，同时对各个系统的要求都进行了描述。该系统不仅对采煤机在运行时的状态进行了监测，而且有意外发生时会自动报警并且进行远距离控制，从而对采煤机的运行情况进行一定的调度，确保采煤机在运行中减少事故的发生。不仅提高了采煤机的运行速率也增加了它的使用寿命，对煤炭企业的生产安全也有保障。