矿用刮板输送机状态监测系统设计及其实现研究.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:曾南(),男,广东梅州人,研究方向为管理科学与工程。引用格式:曾南,杜双利 矿用刮板输送机状态监测系统设计及其实现研究 能源与环保,():,():矿用刮板输送机状态监测系统设计及其实现研究曾南,杜双利(天津大学,天津 ;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 ()型刮板输送机基本结构及其使用的永磁变频一体机工作原理进行概述的基础上,对刮板输送机状态监测系统整体方案进行了设计。主要由传感器组、主站、主线、上位机、数据库服务器等部分构成,可以对一体机和刮板的运行
2、状态进行实时监测。系统中使用的 控制器、接近开关、温度传感器和转速传感器的型号分别为 、和 。从一体机运行状态监测和刮板倾斜状态监测两个层面详细介绍了系统的软件程序。对状态监测系统进行实践测试,发现达到了预期效果,具有良好的监测精度。关键词:刮板输送机;状态监测系统;控制器中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,;,):(),:;我国是煤炭资源的生产和消耗大国,在整个能源结构体系中,煤炭资源占据举足轻重的作用 。煤炭资源能否正常供应,直接影响着我国社会经济的持续发展。随着煤矿领域技术水平的不断发展,我国的煤矿设备越来越先进,煤矿生产效率越来越高 。刮板输送机是煤矿工作面中重要的“三机”装备
3、之一,重要作用是对开采获得的煤炭资源进行输送,因此其运行性能和稳定性直接影响着煤矿开采效率 。然而煤矿工作面的生产环境非常复杂和恶劣,比如潮湿、粉尘多等,非常不利于刮板输送机的可靠运行,导致设备不可避免地出现各类故障问题,轻则影响设备安全和生产效率,严重时会威胁井下人员的身体健康甚至生命安全 。针对该问题,有必要结合煤矿刮板输送机实际情况设计状态监测系统,利用系统实时检测设备的运行状态,以便及时发现潜在的故障问题,将问题解决在萌芽阶段,以提升设备的运行稳定性和可靠性 。本文以 ()型刮板输送机为研究 年第 期能源与环保第 卷对象,设计了状态监测系统,并将其部署到工程实践中,对于提升设备的运行稳
4、定性和煤矿生产效率,具有重要的实践意义。刮板输送机概述 结构介绍刮板输送机是煤矿工作面中重要的机械装备,机械结构方面主要包括电动机、联轴器、减速器、驱动链轮、链条、刮板、中部槽等部分 。本文研究的 ()型刮板输送机由机头和机尾 台电机同时进行驱动,由电机输出的动力经过减速器后输入到驱动链轮中,链轮与链条进行啮合传动,实现煤矿物料的直线运输。()属于改进型号,使用的永磁变频一体机。一体机将电动机和变频器融合为一体,不仅能削弱电磁干扰,还能缩小设备占用空间,达到降低损耗、节约资源的效果。永磁变频一体机机械结构方面,永磁变频一体机主要由永磁电机、控制箱、电抗器箱、功率箱、基座和通信接口等部分构成 。
5、永磁变频一体机的电气原理如图 所示。为提升设备运行的稳定性,永磁变频一体机同时由两路电网进行供电,其电压和频率分别为 和 ,输入回路主要包括电抗器、预充电路和接触器。变频器的主回路基于交流直流交流、电压型变频方式进行工作,输入的电源经过整流桥后将交流电压转变成为直流电压,再经过电容器对直流电压进行滤波稳压处理,最后经过逆变电路,将直流电压转变成为交流电压,电压频率可根据实际需要进行调节。输出的电压供永磁电机使用,电机的供电电压不同,对应的输出转速不同。整个过程中利用主控板对设备的运行状态进行控制,同时还可以接受外部控制器的指令。图 永磁变频一体机的电气原理示意 状态检测系统整体方案设计设计的刮
6、板输送机状态监测系统主要包含 部分功能:对永磁变频一体机的运行状态进行监测;对刮板机的链条状态进行监测。刮板输送机状态监测系统的整体方案如图 所示。图 刮板输送机状态监测系统的整体方案 由图 可知,除刮板输送机自身设备外,本系统包含的设备主要有机头和机尾的传感器组、主站、总线、上位机、数据库服务器等。主站主要由两部分构成,即 控制器和 模块,在机头和机尾分别设置有 从站,个从站基于 协议实现与主站之间的连接进行数据交互。永磁变频一体机可以对自身运行过程中产生的电流、电压、温度、输出转速等状态信息进行检测,检测数据信息基于 协议上传到主站中,并进行综合分析处理,达到对一体机进行实时监测的效果。设
7、置在机头和机尾部位的传感器组可以对刮板的经过情况进行实时检测,将检测结果直接输入到主站 控制器中。根据内置的算法程序,判断刮板倾斜状态,进而分析链条运行状态,实现对刮板链状态的有效监测 。状态监测系统主要硬件选型设计 控制器的选型煤矿环境比较复杂,粉尘多、电磁干扰明显、空气潮湿等,因此对控制器的性能提出了比较高的要求。在综合考虑成本及性能的基础上,选用 系列 控制器。控制器基于模块化思想进行设计,由不同的模块拼凑而成,最重要的模块包括 年第 期曾南,等:矿用刮板输送机状态监测系统设计及其实现研究第 卷 模块、存储器模块、接口模块、通信模块以及电源模块等 ,控制器的主要结构如图 所示。电源模块的
8、作用是为控制器所有的模块进行供电,确保设备的正常运行。存储器模块的作用是对系统程序和用户程序进行存储。接口模块的作用是与其他硬件装置进行连接,实现控制器功能的拓展。通信模块作用是变频器等其他硬件装置进行数据交互。模块是控制器的核心部分,数据分析与处理工作由 模块完成,因此其性能直接决定了控制器的性能。系统中使用的 模块型号为 ,通信模块的型号为 和 。图 控制器的主要结构 接近开关的选型接近开关的作用是对刮板的运行速度、通过时间等参数进行检测,以便对刮板的倾斜状态进行分析。目前接近开关有很多种类型,其中常见的包括电容式、电感式、霍尔式等。在综合考虑设备成本、检测精度及稳定性等因素的基础上,系统
9、选用的是电感式接近开关,具体型号为 。此型号装置正常工作时的电压为直流 ,检测距离为 ,检测精度可以控制在 范围内,能满足系统的实际使用要求。主要传感器的选型()温度传感器。系统运行过程中需要对永磁变频一体机的温度进行实时检测,选用的温度传感器为 ,属于铂热电阻型温度传感器,具体型号为 。基本原理是环境温度改变会影响电阻大小,即电阻值与温度之间成正比关系。传感器中设置的电阻值会随着温度的提升不断增加,经过校准后的传感器,环境温度为 时,对应的电阻值为 。选用的温度传感器具有良好的运行稳定性,可以在矿井复杂的工况环境下稳定工作。可以测量的温度为 ,正常工作时的电压为直流 ,工作环境温度为 。输出
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