后部刮板输送机载荷监视预警系统的设计与应用

     作者：  祝贺1  高  新2

    1．大同煤矿集团有限责任公司机电管理处，山西省大同市，037003;

    2．太原惠特科技有限公司．山西省太原市，030006）

    摘  要针对综放工作面后部刮板输送机易出现的重载难起动或起动失败的问题，设计  了以PLC为控制核心、监视电机运行电流值的载荷监视预警系统，介绍了该套系统的组成  及工作原理。通过实际应用表明，使用该套系统后放煤工可依据语音和声光提示进行放作业，杜绝了出现重载提车及再次起动车辆失败的情况。

    关键词  综放工作面  后部刮板输送机  载荷监视预警  M()DBUS- RTU通讯

    中图分类号  TD421    

    文献标识码  A Design and application on loading monitor and pre-warming system  of scraper conveyer behind supports  Zhu He1, Gao Xin2 (1. Electomechanical Management Department, Datong Coal Minc Group Co. , Ltd. ,Datong, Shanxi 037003, China; 2. Taiyuan Huite Science &. Technology C.o. . Ltd. , Taiyuan, Shanxi 030006, China )

     Abstract  Aimed at scraper conveyer behind supports of fully mechanized caving faces easilyoccurred the problems about hard to start or starting failure heavy loads, the authors designed aloading monitor and pre-warming system which took PLC as the control core and can monitorcurrent value when the electrical machine were running, and also introduced composition and op-eration principle of the sy.stem. The coal workers could rely on voice and acousto-optic hints forsublevel caving mining when using the system, which could avoid the situation of hard to start orstarting failure heavy loads.

     Key words  fully mechanized caving faces, scraper conveyer behind support, loading monitorand pre-warning, MODBUS-RTU communication

    1  前言

    我国缓倾斜厚煤层及特厚煤层分布较广且储量丰富，煤层厚度一般为5～10 m，个别煤层厚度可达到20 m，当前均采用综采放顶煤开采技术，以实现对厚煤层及特厚煤层的高产高效开采。大同煤矿集团有限责任公司综采放顶煤工作面的煤层厚度为8～16 m，采煤机采高为2.8 m．采放比为1:3，即综放工作面后部刮板输送机所承担的运煤量约占全部产量的3/4。在实际出煤过程中，综放工作面后部刮板运输机的放煤量不易被监控，特别是重载停车后，极易造成再次起动困难。

    针对上述问题设计了一套载荷监视预警系统．该套系统采集后部刮板输送机电机运行电流，借以反映实时运行载荷，对即将发生的载荷超限做出预警，以便控制放煤量、减小输送载荷和预留设备起动能力，避免紧急停车后刮板运输机被压死。

    2  系统构成及功能

    载荷监视预警系统由KHP矿用输送机保护装置、矿用本安型声光报警器、矿用隔爆型报警灯、矿用隔爆型电铃以及1140 V矿用隔爆兼本安型双速软起动器组成．系统组成配置图如图1所示。

    2.1  KHP矿用输送机保护装置

    KHP矿用输送机保护装置供电电源为AC127 V，分为上下2个腔体，上腔体为本安腔，下腔体为隔爆腔，放置在刮板输送机机头位置，以便于人员观察及操作。KHP矿用输送机保护装置电气关联图如图2所示。

    由图2可以看出，本安腔由本安外壳、显示器和按钮键盘组成。显示器用来显示后部运输机实时运行电流、运行电压、运行状态信息、故障信息以及载荷监视信息；按钮键盘用来设置电机的额定电流、预警电流倍数、预警时间、保护电流倍数以及保护时间等。显示器运行状态画面及显示器参数设置页面如图3和图4所示。

    隔爆腔由隔爆壳体、PLC、中间继电器、本安隔离板、直流电源以及本安电源组成。PLC用来接收来自按钮键盘和软起动器的运行反馈输入信号及软起动器的MODBUS - RTU通讯信号；中间继电器用以控制双速软起动器、声光报警器、报警灯、电铃以及闭锁刮板输送机；本安隔离板可以实现按钮和软起动器运行反馈输入信号的光电隔离，还可以对软起动器RS485通讯输入信号进行本安隔离；直流电源为PLC提供电源；本安电源为显示器、声光报警器和本安隔离板提供电源。

    2.2  声光报警器

    选用型号为KXB-18A的矿用本质安全型声光报警器，其额定电压18 VDC，报警光信号可见距离小于20 m，报警音响响度大于85 dB。将声光报警器安装固定在KHP矿用输送机保护装置附近，根据载荷监视情况发出不同光信号及语音便于人员观察。

    2.3报警灯

    选用型号为DGS18／127L的矿用隔爆型LED巷道灯，其额定电压127 V，额定功率为18 W。串接在KHP矿用输送机保护装置输出无源常开触点．根据载荷监视情况，发出红色光信号。将报警灯安装固定在综采工作面支架下方，以便于人员观察，间隔20 m安装1只。

    2.4  电铃

    选用型号为DLB-127矿用隔爆型电铃，其额定电压127 V，额定电流0.35 A。串接在KHP矿用输送机保护装置输出无源常开触点，根据载荷监视情况，发出声音信号。将电铃安装固定在综采工作面支架下方，以便于人员观察，间隔20 m安装1只。

    2.51140 V双速软起动器

    选用型号为QJR-400／1140 (660)S矿用隔爆兼本质安全型交流双速真空软起动器，可以实现刮板输送机起停控制以及向KHP保护装置提供电机运行数据通讯等功能。

    3  系统工作原理

    控制程序流程图如图5所示。   

    由图5可以看出，系统通过PLC上的RS485口接收来自软起动器的通讯信号，显示后部刮板输送电机机头和机尾实时运行参数，当实际运行电流小于设定的载荷超限预警电流时，系统不执行预警，显示器显示“正常”。

    当运行电流大于设定的预警电流时，系统进行预警延时（延时可调），显示器显示“预警倒计时”。倒计时未完成时，电流下降至预警电流以下，倒计时结束后，显示器显示“正常”。

    当运行电流大于设定的预警电流，且预警倒计时过后，系统执行预警输出，显示器显示“预警”。声光报警器闪烁，发出“载荷即将超载”的语音提示，同时电铃和报警灯按照工作5s和停止5s的时间间隔持续工作。在此情况下，后部刮板输送机放煤操作工应该暂停放煤，减轻载荷，从而使运行电流逐渐减小。待运行电流小于预警电流后，预警解除即可恢复正常生产。

    在载荷预警输出的情况下，电流继续增大且已超过设定的预警保护电流时（此时停车后，留有起动能力富余量），系统执行预警保护，显示器显示“保护倒计时”，声光报警器闪烁，发出“负荷超载，即将停车”的语音提示，同时电铃和报警灯按照工作5s和停止5 s的时间间隔持续]二作。若电流下降到小于保护电流且大于设定的预警电流时，解除保护倒计时，进入预警倒计时阶段。

    若电流继续增大，则保护倒计时结束后系统执行载荷超限保护，输出刮板输送机软起动器起动闭锁信号，停止后部刮板输送机，显示器显示“保护”，声光报警器闪烁，发出“负荷超载已停车”的语音提示，同时电铃和报警灯全部停止工作。

    若按下复位按钮，则系统复位，解除载荷超限故障保护，解锁刮板输送机软起动器起动闭锁信号，允许进行再次起动。

    4应用效果

    (1)该套系统设计完成后，在大同煤矿集团有限责任公司燕子山煤矿综放工作面进行了试用。该工作面后部刮板输送机型号为SGZ800/800，铺设长度为200 m，使用2台1140 V双速软起动器控制2台200/400 kW双速电机驱动该部输送机，系统按照图1进行配置组建。监视预警系统的载荷超限预警电流设置为180 A，载荷超限保护电流设置为210 A。刮板输送机机头司机不仅可以实时监视刮板机运行电流和电压参数，还可以直观地从显示器电流指示的变化情况预判载荷增减情况；生产班组放煤工在语音和声光的提示下控制放煤量，后部

刮板输送机再未出现重载停产及再起动失败的情况，使用效果得到了用户单位的极大好评。

    (2)使用初期，通讯电缆未选用专用通讯屏蔽电缆出现信息丢包和通讯失败的问题，后采用通讯屏蔽电缆及降低通信速率后再未出现此现象。根据用户使用过程当中的实际需求，后期产品可以将设备起停控制功能加入该套系统，可去除现场矿用按钮盒设备，使得系统控制功能更加完善。

    5  结论

    载荷监视预警系统利用现代通信技术，可靠地实现了刮板输送机运行电流变化的监视与控制，预判载荷的变化情况，进行直观明确的显示和语音输出，提前通知采煤和放煤的操作人员，避免出现重载难起动的情况，并且具有初期投资少以及运行费用低的优势，非常适用于无规律高峰值负载的矿用刮板输送机的运行监控使用，具有较好的推广前景。

    参考文献：

[1]  刘春，放顶煤工作面后部刮板输送机的设计浅析 [J]．煤，1998 (3)

[2]  唐会成，煤矿井下连续运输系统的Modbus多机通信[J]．自动化仪表，2014 (6)

[3]  李建华，雷志鹏，李艳伟，综采工作面“三机”状 态监测及故障诊断系统开发[J]．中国煤炭，2012 (9)

[4]  席庆祥，雷志鹏，综采面刮板输送机状态监测及故 障诊断系统设计[J]．煤炭科学技术，2011 (10) [J] 雷志鹏，宋建成．综采工作面输送设备工控实时监 测与故障诊断系统的设计[J]．工矿自动化，2010 (7)

[6]  张春芝，冯海明，孟国营．煤矿井下工作面输送设  备监控平台的研究[J]．中国煤炭．2010 (1)