常村煤矿TSD80 型皮带输送机监控系统设计与研究

郭锐

（潞安化工集团 常村煤矿，山西 长治 046100）

1 概 况

带式输送机是煤炭开采生产的重要设备，具有输送距离长，结构简单等优点，提高了煤矿开采的效益与自动化水平。常村煤矿TSD80 型皮带输送机胶带长度1 200 m，带宽1.5 m，正常工作状态下带速为5 m/s，运输能力为2 000 t/h，皮带输送机前中后各布置1 台3 000 kW 的变频式驱动电机。由于多台电机共同驱动，电机之间可能存在不协同或安装误差等，导致各驱动电机之间受力不均，因此设计出一套性能可靠、技术先进的带式输送机运行监控系统具有重要意义。监控系统可了解设备的运行状态，对输送机进行远程控制。

2 监控系统总体框架设计

根据需要常村煤矿TSD80 型皮带输送机实际情况，设计构建一套监控系统，该监控系统为3 层结构，即现场控制层设备、远程监控和系统通讯，实现对输送机的监控与控制。PLC 对采集数据进行分析判断，识别输送机工作情况，所有操作功集成到中央控制计算机，操作人员可以在中央控制计算机上对输送机进行远程监控与控制。监控系统功能如图1 所示。

图1 监控系统功能Fig.1 Monitoring system functions

整个控制系统主要由可编程控制器、监控终端、操作平台、控制程序等组成，各分系统之间依靠WIFI 无线传输，分站之间相互联系又相对独立，各分站相互协作，实现对输送机运输系统与应用系统的控制。监控系统的保护信号主要包括皮带打滑、皮带撕裂、温度超高、跑偏、急停闭锁等。皮带输送机上布置有相应的传感器，监测设备的温度以及皮带的情况，监控数据实时传回到中央控制器，实现对设备状态的实时监控。

3 监控系统硬件设计

由于煤矿开采的环境比较恶劣、设备工况复杂，因此对设备的安全性能提出了高的要求，所以在安全、稳定的原则下，监控系统根据实际需求选取合适的硬件配置。

设计的监控系统硬件主要包括控制器、驱动电机、变频器以及各类传感器。系统电气控制单元选择德国西门子公司生产S500 系列的可编程控制器，采用集成化的模块设计，功能强大、兼容性好；控制系统电源模块输出电流为10 A，输出电压24VDC，具备短路和开路保护；选择QJR 系列的变频控制器。

系统的主控制电路如图2 所示，电路设置有多处QF 断路器，以控制各支线的供电情况。供电电路通过熔断器FU 为系统各设备提供电力，各线路设置有供电保护器，以防止电流波动大对设备造成影响。皮带驱动电机采用变频驱动电机，驱动电机处于变频驱动模式下，则交流接触器KM1 吸合，此时主电路向变频器的A1、B1、C1 端口供电。

图2 系统主电路Fig.2 Main circuit of the system

4 系统软件设计

监控软件为通用型工业监控软件，可与PLC、各类智能仪表、通信设备等实现信息交互传递，监控软件支持通过OPC 标准传输机制与其他程序实现信息交互。根据常村煤矿TSD80 型皮带输送机实际情况，输送机监控系统软件分为采集系统、显示系统、控制系统以及用户管理系统，如图3所示。

图3 软件系统功能Fig.3 Software system functions

数据采集是实现对输送机监控与控制的基础，负责将设备的电信号、皮带运行情况等信息集成传输给PLC 控制器，之后通过通信系统传输至中央控制计算机。显示系统主要包括对现场设备状态的模拟与显示，状态参数显示以及故障信息的显示，用户可查阅设备运行的历史信息，可根据相应的历史信息绘制各类数据曲线。远程控制系统是监控系统的核心，系统管理人员可通过中央控制计算机对设备发出控制性指令，控制的功能包括皮带输送机启停、转速以及故障处理等。用户管理系统主要是指可配置其他用户，设定相关用户的权限和控制区域等。

5 界面设计

操控人员可通过监控系统界面对设备进行快速、便捷控制，如图4 所示。操作界面的设计要求应显示各个驱动电机状态、输出功率等信息；具有驱动电机变频器的控制开关；需实现系统控制的手动与自动的切换；显示电机的转速和电流的大小，同时显示电气系统各个馈电开关的运行状态。

6 结 语

针对常村煤矿TSD80 型皮带输送机存在的问题，设计了一套监控系统。介绍了监控系统的控制方式以及监控系统的总体结构设计框图，根据实际需求对监控系统的硬件、软件、操作界面进行了设计。在常村煤矿实践应用表明，输送机监控系统达到了各项设计指标，实现了对皮带输送机的控制，具有实时曲线以及历史曲线绘制功能，帮助操作人员提前预判设备可能存在的故障，监控系统可自动监测并对潜在故障进行报警，提高了皮带输送机的使用性能和可靠性。