带式输送机在线监控系统设计及故障检测技术研究_张斌.pdf
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1、带式输送机在线监控系统设计及故障检测技术研究张斌(山西汾西宜兴煤业有限责任公司,山西孝义032300)摘要:针对当前矿井带式输送机普遍存在的可靠性低、故障定位精度低、信号传输效率低以及成本高方面的问题,设计了基于 CAN 总线及 RS485 总线两个通信系统的带式输送机在线监控系统,并对下位机、通信系统、人机交互等软硬件架构进行搭建,制定了故障判断及应急处置工作流程,明确了故障检测及精准定位的实现方案。试验及应用结果表明,系统能够很好地完成全流程的在线监测、信息采集传输及研判、故障精准识别定位、紧急处置指令发出及处置建议制定等功能,且系统识别的故障类型及位置与实际情况相符,实现了预期目的。关键
2、词:带式输送机;在线监控系统;故障检测;CAN 总线;RS485 总线中图分类号:TD528.1文献标识码:A文章编号:1003-773X(2023)06-0161-030引言带式输送机是井下煤矿的主要运输设备,在各大矿区装备数量巨大,且伴随着矿井自动化程度需求提升及高产高效的生产要求,带式输送机运行的可靠性越来越受到重视,并不断涌现了各式各样的输送机在线监测系统、故障检测系统,这些系统或者是针对带式输送机原有的监控系统进行升级改造,或者是摒弃原有监控及保护系统,另起炉灶建立一套完备的新系统,均实现了一定的预期目的,但也不同的存在着智能化程度低、故障定位精度低、信号传输效率低以及成本方面的问题
3、1-4。本文基于 CAN 总线及 RS 总线技术,设计了一套普遍的适用带式输送机在线监控系统,预期能够进行设备运行的全面监测、故障预判及精准定位,自动进行预警处置,并进行系统试验和调试。1系统总体方案设计首先需要明确在线监控系统的基本功能需求,该系统应具备基本的输送机六大保护功能,还应该具备故障识别定位、预警急停、分析处置等功能,具体到架构设计上,应在高效的总线传输网络中,内置监控主机、故障保护传感器模块、沿线设备模块、预警喊话模块、急停开关模块、下位机模块等,如图 1 所示。其中信号传输使用 CAN 总线及 RS485 总线网络及接口,CAN 总线主要负责将下位机及各终端模块接入监控主机的总
4、线上,RS485 总线主要负责接入急停、语音等模块。在功能实现方面,整个监控系统能够实现矿井多部输送机的运行状态在线监测,覆盖启停控制、基础保护、数据采集、指令发出、语音报警、故障急停、故障精准定位及处置建议指令等功能。具体为,在系统持续监控运行中,下位机负责控制接入本机的所有传感器等终端设备,持续进行数据采集、上传,再由监控主机对系统数据进行综合分析研判,当故障发生时,通过 RS485 总线发出急停指令及动作,同时进行语音警报,再通过 CAN 总线动态反馈出故障类型、故障位置,指导检修工作。2系统硬件结构搭建及软件系统设计2.1下位机结构设计上位机是指操作者可以直接发出各类控制指令的计算机,
5、一般是 PC;下位机是直接控制设备获取设备状况的的计算机。上位机发出的命令首先给下位机,下位机再根据此命令解释成相应时序信号进而控制相应设备,并动态读取设备状态数据,转化成数字信号后反馈给上位机。因此下位机是整个系统的中转机构,且两机如何通信一般也取决于下位机5-6。具体到本系统,下位机结构设计如图 2 所示,选型为PIC18F2685,对下接入张力、温度、速度、跑偏、堆煤、烟雾、撕裂等传感器,分别经频率量信号调理电路和收稿日期:2022-09-16作者简介:张斌(1992),男,山西阳城人,本科,从事矿山机电方面的工作。总第 242 期2023 年第 6 期机械管理开发MechanicalM
6、anagementandDevelopmentTotal 242No.6,2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.06.065图 1带式输送机在线监控系统架构示意图图 2下位机整体结构设计示意图CAN 总线RS485急停扩音下位机终端开关总线电话带式输送机沿线设备监控主机各类故障保护传感器电机和洒水设备等跑偏堆煤传感器传感器烟雾传感器撕裂传感器传感器传感器传感器速度温度张力I/F 转换电路频率量信号调理电路开关量信号调理电路PIC18F2685继电器输出CAN 通信电路RS485 通信电路控制电路急停开监控上一台下一台电机启停开关关电路主机设备设备和洒水电磁阀自动化系
7、统设计机械管理开发第 38 卷开关量信号调理电路接入下位机,对上下位机经CAN 通信电路、RS485 通信电路接入监控主机,并与其他设备相连通,具备集控功能,同时接入急停开关电路及电机启停开关和洒水电磁阀。2.2通信系统设计鉴于特殊的环境条件及功能设计,CAN 通信电路、RS485 通信电路分别负责不同的通信需求,两套通信电路必须完全隔离,中间不涉及任何的电气联系,每套通信电路上均设置有过流及过压保护,通信总线的可靠性得到保障,网络接口设计如图 3 所示。其中,CAN 通信电路的选型为 82C250Y,通过光电耦合隔离电路接入 CPU,RS485 通信电路的选型为MAX3088,同样通过光电耦
8、合隔离电路接入 CPU,并均接入过压过流保护电路。2.3系统软件设计对于软件设计,采用 LABVIEW 平台进行编程设计,软件功能共设计 4 个模块,即数据采集、数据管理、系统控制、故障检测。数据采集负责采集并上传至各终端传感器的相关参数,包括张力、速度、温度等;数据管理负责存储并分析数据,判断系统的运行状况,并用以发出各类指令;系统控制负责实施急停控制、声光报警等;故障检测负责对故障实施故障识别、故障定位,并制定处置建议。软件界面设计是基于Windows 窗口系统进行设计,界面简洁合理,符合操作习惯,能够实施数据的自动采集、人工输入、参数调节,并可进行数据查询、曲线绘制及报表打印。3系统故障
9、检测功能实现及应用3.1系统故障检测功能实现首先,必须明确故障识别的工作流程,在常规的在线监控及数据采集传输分析过程中,当故障发生后,故障信息会由下位机采集到并经通信系统传至监控主机,故障信息包括了下位机所处的位置、故障类别信息等,足够监控主机用以进行故障判断及定位。根据图 4 所示的故障判断及应急处置工作流程,监控主机根据采集并上传过来的数据,依次对欠速、跑偏、堆煤、撕裂等故障信息进行判断,信息正常时不予处理,执行 N 指令;当识别出故障信息后,立即执行 Y指令;如识别出跑偏故障后立即进行跑偏报警,识别出张紧故障后进行欠速报警;识别出烟雾超限后立即启动洒水装置,严重的故障情况会立即实施报警并
10、停机7-8。其次,对于故障的精准定位,前期由监控主机对各下位机地址进行排序,再经 RS485 总线给沿线各终端设备分配唯一地址,有了唯一地址后即具备了精准定位的基础。下位机采集到故障信息后,上传给监控主机进行分析判断,迅速识别出故障地址信息和故障类型,发出报警、停机等相应的控制信号,并在人机界面上显示出故障情况及处置建议,在安排工作人员进行应急处置及维修维护。3.2系统测试及应用在系统应用方面,搭建了带式输送机在线监控系统试验平台,对系统进行试验应用。搭建的系统以 PC机作为监控主机,并接入 5 台下位机,每台下位机再接入终端传感器模块、急停模块、报警模块等,经过监控主机地址分配、终端数据采集
11、上传、通信传输、故障信息研判、故障精准定位等各项试验,系统具备了实现各项功能的条件。试验及应用结果表明:一是系统能够很好地完成全流程的在线监测,自动进行地址分配、信息采集传输及研判;二是识别出故障信息后,系统能够根据故障类型及位置发出紧急处置指令,如停机、洒水、声光报警;三是监控主机界面能够实时显示监控数据概况,显示故障情况及位置情况,制定故障处置建议,指导维修维护;四是经验证,系统识别的故障类型及位置与实际情况相符,检测精准度高,实现了终端应用的精准感知。4结论在当前矿井逐步实现自动化、信息化的改革进程中,譬如实施带式输送机全流程在线监控已基本不存在大的难度,其工作重点逐渐聚焦在了监控系统的
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