基于PLC控制器的矿用带式输送机监控系统研究.pdf
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1、第 卷第 期能源与环保 年月 收稿日期:;责任编辑:郭海霞 :基金项目:山西省科技厅青年基金资助项目()作者简介:高海峰(),女,山西吕梁人,副研究员,年毕业于北京农学院,现从事市科技创新发展服务中心工作。引用格式:高海峰,杨中庆,杜双利 基于 控制器的矿用带式输送机监控系统研究 能源与环保,():,():,基于 控制器的矿用带式输送机监控系统研究高海峰,杨中庆,杜双利(吕梁市科技创新发展服务中心,山西 吕梁 ;吕梁职业技术学院,山西 吕梁 ;太原理工大学 安全与应急管理工程学院,山西 太原 )摘要:在对矿用带式输送机结构及原理进行概述的基础上,设计了设备的监控系统。系统使用 型 控制器,为系
2、统的核心构成部分,利用传感器检测得到的数据信息和各类开关量信号需传输到控制器中进行综合处理。系统的监测点可分为 类,分别为设备监测点、保护监测点和环境参数检测点。基于模块化思想对软件程序进行设计,利用 触控屏对设备状态进行显示。将监控系统应用到工程实践中,通过现场调试确认了系统的各项功能。投入应用后使得设备的故障率以及故障处理时间均显著降低,达到了预期效果。关键词:控制器;带式输送机;监控系统;模块化设计中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,;,;,):,:,:;带式输送机是工业中非常重要的输送装备,特别适合散装物料的长距离运输,所以在煤矿开采领域拥有非常广泛的应用。随着煤矿领域技术水平
3、的不断提升,煤矿开采效率日益提升,对煤矿输送速度及效率提出了更高的要求,带式输送机作为煤矿中重要的辅助运输装备,对性能要求越来越高 。保障输送机的稳定可靠运行,是提升其运行效率的重要基础,通过对设备的运行状态进行监控,是提升运行可靠性的重要手段。所以很多学者和技术人员对煤矿中使用的输送机监控系统进行了分析研究,取得了一定的成果 。文灵等 利用当前非常先进的机器视觉技术,实现了带式输送机故障的远程监测,能及时发现设备存在的故障问题,为设备的正常运行奠定了坚实的基础。丁秀荣等 重点关注带 年第 期能源与环保第 卷式输送机的滚筒,设计了滚筒故障检测系统,可对滚筒存在的问题进行准确检测。唐文杰 以带式
4、输送机的运行状态为研究对象,设计了智能监控体系,为工作人员及时掌握设备的运行状态提供了很好的支撑。本文在分析以上研究成果的基础上,结合实际情况,设计了基于 控制器的带式输送机监控系统,通过实践调试测验发现达到了预期效果。带式输送机及监控系统概述 带式输送机结构带式输送机虽然有很多型号,但不同型号的总体结构基本类似,带式输送机的结构如图 所示。由图 可知,带式输送机结构方面主要由电机、减速器、联轴器、传动滚筒、改向滚筒、导料槽、托辊、张紧装置以及胶带等部分构成。设备运行过程中,由电机输出的动力,经传动系统输入到驱动滚筒中,驱动滚筒与胶带之间紧密接触,通过摩擦力对动力进行传输,进而实现胶带的循环往
5、复运动,达到对胶带上方煤矿物料进行运输的目的 。带式输送机打滑、跑偏、断带等是经常出现的故障问题,一旦出现以上问题,会影响设备的运行稳定性,甚至产生严重的安全生产事故 。所以需要通过监控系统对设备的运行状态进行实时监测,以便及时发现运行中存在的安全隐患。图 带式输送机的结构 监控系统主要功能带式输送机监控系统主要作用是对设备的运行状态进行实时监测,以便及时发现存在的问题并发出警告 。可监测的问题主要包括胶带打滑、胶带撕裂与断裂、胶带跑偏、胶带堆码、托辊卡死、胶带张力过大、胶带抽动等,以上问题需要借助各类专业的传感器实现。系统中设置有急停按钮,特殊情况下可通过该按钮对设备进行紧急停机处理,实现设
6、备和人员的保护。带式输送机启动后,监控系统开始运行,首先对各类传感器的状态进行检测,确保能够正常工作。利用传感器检测设备的运行状态并分析设备是否存在故障问题。若存在故障,但仍然在安全范围内,则系统对问题进行自动调整。若故障问题较严重,需要对设备进行停机。带式输送机监控系统结构如图 所示。图 带式输送机监控系统结构 监控系统的硬件部分设计 主控模块分析对于带式输送机监控系统而言,主控模块是最关键和核心的构成部分,其质量好坏直接影响整个系统的综合性能 。设计的系统可实现远程监控,远程监控系统的闭环结构如图 所示。由图可知,远程监控系统为闭环结构,系统运行时利用测量元件对被控对象的输出参数进行检测,
7、并经过 模块转换后输入到控制器中,控制器根据测量结果与设定结果进行对比,根据两者之间的差值输出控制变量,由执行机构产生动作,确保被控对象的运行参数在合理区间内。图 远程监控系统的闭环结构示意 系统中使用的是 控制器,目前市面上有多种型号的 控制器,各型号控制器均有对应的优缺点。在分析系统实际需求的基础上同时考虑性价比,选用 型 控制器。此型号控制器在工业领域具有非常广泛的应用,运行性能已获得实践检验,具有控制精度高、运行稳定等纵多优势。控制器的硬件结构方面采用模块化设计,即控制器由 年第 期高海峰,等:基于 控制器的矿用带式输送机监控系统研究第 卷不同的模块拼装而成,其中最重要的是 模块,负责
8、数据运算,运算速度直接决定着控制器的综合性。还包括数字量输入模块、模拟量输出模块、数字量输出模块、电源模块等。控制单元的结构如图 所示。可以看出,控制器是控制单元的核心构成部分,各种开关量状态、指示灯状态、传感器检测获得的数据信息、电表参数信息等都通过输入单元输入到 主机中,然后进行综合分析处理,判断带式输送机的运行状态,确定是否存在安全隐患或故障问题。控制器根据分析结果对操作开关、保护装置、变频器、指示灯和警铃等进行控制,实现带式输送机运行状态的调整以及声光报警。主机通过交换机与监控计算机、控制屏进行连接,可以实现远程监控。主要硬件接线图带式输送机监控系统对设备运行状态进行监测时,设置的监测
9、点可分为 种类型,分别为设备监测图 控制单元的结构框 点、保护监测点和环境监测点,监控系统监测点的布置情况如图 所示。设备监测点主要是对冷却风机、张紧装置、除尘器、制动器、变频器、减速器、电动机以及滚筒的状态进行监测;保护监测点主要是对胶带张力、打滑、撕裂、断裂、跑偏、堆料等问题进行监测;环境监测点主要是对设备周围的烟雾和温度进行检测,以保障环境安全。图 监控系统监测点的布置情况 包括上述的各类监测装置在内,系统中所有的硬件装置都需要进行接线,以下主要以系统中比较重要的 控制器为对象,介绍其接线图。系统中使用的 控制器,除基本的模块以外,主要由 大部分构成,分别为拓展模块 和 核心模块。根据
10、输入和输出接口的配置情况,对 控制器的电气电路进行了设计。硬件通信连接数据信息的快速、准确通信是带式输送机监控系统正常运行的基础,系统只有在获取准确数据的基础上才能正常工作,因此硬件的通信连接对于系统而言也非常重要。系统中使用的是两线式 总线网络,可有效保障数据传输过程的可靠性,避免出现数据丢失问题,通信网络的拓扑如图 所示。图 通信网络拓扑 监控系统的软件程序设计 控制器程序设计 控制器软件程序由 编程平台完成。对主程序进行设计前,首先需要结合现场情况以及监控系统实际需求,对软件程序整体方案进行设计,重点需要对站点分布、网络组态以及硬件配置等进行设计。由于带式输送机的运输距离较长,所以需 年
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