祝 賀高 新

（1.大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司機(jī)電管理處，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）

后部刮板輸送機(jī)載荷監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

祝 賀1高 新2

（1.大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司機(jī)電管理處，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）

針對(duì)綜放工作面后部刮板輸送機(jī)易出現(xiàn)的重載難起動(dòng)或起動(dòng)失敗的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了以PLC為控制核心、監(jiān)視電機(jī)運(yùn)行電流值的載荷監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)，介紹了該套系統(tǒng)的組成及工作原理。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用表明，使用該套系統(tǒng)后放煤工可依據(jù)語(yǔ)音和聲光提示進(jìn)行放煤作業(yè)，杜絕了出現(xiàn)重載提車及再次起動(dòng)車輛失敗的情況。

綜放工作面 后部刮板輸送機(jī) 載荷監(jiān)視預(yù)警 MODBUS-RTU通訊

1　前言

我國(guó)緩傾斜厚煤層及特厚煤層分布較廣且儲(chǔ)量豐富，煤層厚度一般為5～10 m，個(gè)別煤層厚度可達(dá)到20 m，當(dāng)前均采用綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)厚煤層及特厚煤層的高產(chǎn)高效開(kāi)采。大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司綜采放頂煤工作面的煤層厚度為8～16 m，采煤機(jī)采高為2.8 m，采放比為1∶3，即綜放工作面后部刮板輸送機(jī)所承擔(dān)的運(yùn)煤量約占全部產(chǎn)量的3/4。在實(shí)際出煤過(guò)程中，綜放工作面后部刮板運(yùn)輸機(jī)的放煤量不易被監(jiān)控，特別是重載停車后，極易造成再次起動(dòng)困難。

針對(duì)上述問(wèn)題設(shè)計(jì)了一套載荷監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)，該套系統(tǒng)采集后部刮板輸送機(jī)電機(jī)運(yùn)行電流，借以反映實(shí)時(shí)運(yùn)行載荷，對(duì)即將發(fā)生的載荷超限做出預(yù)警，以便控制放煤量、減小輸送載荷和預(yù)留設(shè)備起動(dòng)能力，避免緊急停車后刮板運(yùn)輸機(jī)被壓死。

2　系統(tǒng)構(gòu)成及功能

載荷監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)由KHP礦用輸送機(jī)保護(hù)裝置、礦用本安型聲光報(bào)警器、礦用隔爆型報(bào)警燈、礦用隔爆型電鈴以及1140 V礦用隔爆兼本安型雙速軟起動(dòng)器組成，系統(tǒng)組成配置圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)組成配置圖

2.1KHP礦用輸送機(jī)保護(hù)裝置

KHP礦用輸送機(jī)保護(hù)裝置供電電源為AC127 V，分為上下2個(gè)腔體，上腔體為本安腔，下腔體為隔爆腔，放置在刮板輸送機(jī)機(jī)頭位置，以便于人員觀察及操作。KHP礦用輸送機(jī)保護(hù)裝置電氣關(guān)聯(lián)圖如圖2所示。

圖2　KHP礦用輸送機(jī)保護(hù)裝置電氣關(guān)聯(lián)圖

由圖2可以看出，本安腔由本安外殼、顯示器和按鈕鍵盤組成。顯示器用來(lái)顯示后部運(yùn)輸機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行電流、運(yùn)行電壓、運(yùn)行狀態(tài)信息、故障信息以及載荷監(jiān)視信息；按鈕鍵盤用來(lái)設(shè)置電機(jī)的額定電流、預(yù)警電流倍數(shù)、預(yù)警時(shí)間、保護(hù)電流倍數(shù)以及保護(hù)時(shí)間等。顯示器運(yùn)行狀態(tài)畫(huà)面及顯示器參數(shù)設(shè)置頁(yè)面如圖3和圖4所示。

隔爆腔由隔爆殼體、PLC、中間繼電器、本安隔離板、直流電源以及本安電源組成。PLC用來(lái)接收來(lái)自按鈕鍵盤和軟起動(dòng)器的運(yùn)行反饋輸入信號(hào)及軟起動(dòng)器的MODBUS-RTU通訊信號(hào)；中間繼電器用以控制雙速軟起動(dòng)器、聲光報(bào)警器、報(bào)警燈、電鈴以及閉鎖刮板輸送機(jī)；本安隔離板可以實(shí)現(xiàn)按鈕和軟起動(dòng)器運(yùn)行反饋輸入信號(hào)的光電隔離，還可以對(duì)軟起動(dòng)器RS485通訊輸入信號(hào)進(jìn)行本安隔離；直流電源為PLC提供電源；本安電源為顯示器、聲光報(bào)警器和本安隔離板提供電源。

2.2聲光報(bào)警器

選用型號(hào)為KXB-18A的礦用本質(zhì)安全型聲光報(bào)警器，其額定電壓18 VDC，報(bào)警光信號(hào)可見(jiàn)距離小于20 m，報(bào)警音響響度大于85 dB。將聲光報(bào)警器安裝固定在KHP礦用輸送機(jī)保護(hù)裝置附近，根據(jù)載荷監(jiān)視情況發(fā)出不同光信號(hào)及語(yǔ)音便于人員觀察。

2.3報(bào)警燈

選用型號(hào)為DGS18/127L的礦用隔爆型LED巷道燈，其額定電壓127 V，額定功率為18 W。串接在KHP礦用輸送機(jī)保護(hù)裝置輸出無(wú)源常開(kāi)觸點(diǎn)，根據(jù)載荷監(jiān)視情況，發(fā)出紅色光信號(hào)。將報(bào)警燈安裝固定在綜采工作面支架下方，以便于人員觀察，間隔20 m安裝1只。

2.4電鈴

選用型號(hào)為DLB-127礦用隔爆型電鈴，其額定電壓127 V，額定電流0.35 A。串接在KHP礦用輸送機(jī)保護(hù)裝置輸出無(wú)源常開(kāi)觸點(diǎn)，根據(jù)載荷監(jiān)視情況，發(fā)出聲音信號(hào)。將電鈴安裝固定在綜采工作面支架下方，以便于人員觀察，間隔20 m安裝1只。

圖3　顯示器運(yùn)行狀態(tài)畫(huà)面

圖4　顯示器參數(shù)設(shè)置頁(yè)面

2.51140 V雙速軟起動(dòng)器

選用型號(hào)為QJR-400/1140（660）S礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流雙速真空軟起動(dòng)器，可以實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)起停控制以及向KHP保護(hù)裝置提供電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)通訊等功能。

3　系統(tǒng)工作原理

控制程序流程圖如圖5所示。

由圖5可以看出，系統(tǒng)通過(guò)PLC上的RS485口接收來(lái)自軟起動(dòng)器的通訊信號(hào)，顯示后部刮板輸送電機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，當(dāng)實(shí)際運(yùn)行電流小于設(shè)定的載荷超限預(yù)警電流時(shí)，系統(tǒng)不執(zhí)行預(yù)警，顯示器顯示 “正?！薄?/p>

當(dāng)運(yùn)行電流大于設(shè)定的預(yù)警電流時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)警延時(shí)（延時(shí)可調(diào)），顯示器顯示 “預(yù)警倒計(jì)時(shí)”。倒計(jì)時(shí)未完成時(shí)，電流下降至預(yù)警電流以下，倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，顯示器顯示 “正?！?。

當(dāng)運(yùn)行電流大于設(shè)定的預(yù)警電流，且預(yù)警倒計(jì)時(shí)過(guò)后，系統(tǒng)執(zhí)行預(yù)警輸出，顯示器顯示 “預(yù)警”。聲光報(bào)警器閃爍，發(fā)出 “載荷即將超載”的語(yǔ)音提示，同時(shí)電鈴和報(bào)警燈按照工作5 s和停止5 s的時(shí)間間隔持續(xù)工作。在此情況下，后部刮板輸送機(jī)放煤操作工應(yīng)該暫停放煤，減輕載荷，從而使運(yùn)行電流逐漸減小。待運(yùn)行電流小于預(yù)警電流后，預(yù)警解除即可恢復(fù)正常生產(chǎn)。

在載荷預(yù)警輸出的情況下，電流繼續(xù)增大且已超過(guò)設(shè)定的預(yù)警保護(hù)電流時(shí)（此時(shí)停車后，留有起動(dòng)能力富余量），系統(tǒng)執(zhí)行預(yù)警保護(hù)，顯示器顯示“保護(hù)倒計(jì)時(shí)”，聲光報(bào)警器閃爍，發(fā)出 “負(fù)荷超載，即將停車”的語(yǔ)音提示，同時(shí)電鈴和報(bào)警燈按照工作5 s和停止5 s的時(shí)間間隔持續(xù)工作。若電流下降到小于保護(hù)電流且大于設(shè)定的預(yù)警電流時(shí)，解除保護(hù)倒計(jì)時(shí)，進(jìn)入預(yù)警倒計(jì)時(shí)階段。

圖5　控制程序流程圖

若電流繼續(xù)增大，則保護(hù)倒計(jì)時(shí)結(jié)束后系統(tǒng)執(zhí)行載荷超限保護(hù)，輸出刮板輸送機(jī)軟起動(dòng)器起動(dòng)閉鎖信號(hào)，停止后部刮板輸送機(jī)，顯示器顯示 “保護(hù)”，聲光報(bào)警器閃爍，發(fā)出 “負(fù)荷超載已停車”的語(yǔ)音提示，同時(shí)電鈴和報(bào)警燈全部停止工作。

若按下復(fù)位按鈕，則系統(tǒng)復(fù)位，解除載荷超限故障保護(hù)，解鎖刮板輸送機(jī)軟起動(dòng)器起動(dòng)閉鎖信號(hào)，允許進(jìn)行再次起動(dòng)。

4　應(yīng)用效果

（1）該套系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，在大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司燕子山煤礦綜放工作面進(jìn)行了試用。該工作面后部刮板輸送機(jī)型號(hào)為SGZ800/800，鋪設(shè)長(zhǎng)度為200 m，使用2臺(tái)1140 V雙速軟起動(dòng)器控制2臺(tái)200/400 k W雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)該部輸送機(jī)，系統(tǒng)按照?qǐng)D1進(jìn)行配置組建。監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)的載荷超限預(yù)警電流設(shè)置為180 A，載荷超限保護(hù)電流設(shè)置為210 A。刮板輸送機(jī)機(jī)頭司機(jī)不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)視刮板機(jī)運(yùn)行電流和電壓參數(shù)，還可以直觀地從顯示器電流指示的變化情況預(yù)判載荷增減情況；生產(chǎn)班組放煤工在語(yǔ)音和聲光的提示下控制放煤量，后部刮板輸送機(jī)再未出現(xiàn)重載停產(chǎn)及再起動(dòng)失敗的情況，使用效果得到了用戶單位的極大好評(píng)。

（2）使用初期，通訊電纜未選用專用通訊屏蔽電纜出現(xiàn)信息丟包和通訊失敗的問(wèn)題，后采用通訊屏蔽電纜及降低通信速率后再未出現(xiàn)此現(xiàn)象。根據(jù)用戶使用過(guò)程當(dāng)中的實(shí)際需求，后期產(chǎn)品可以將設(shè)備起?？刂乒δ芗尤朐撎紫到y(tǒng)，可去除現(xiàn)場(chǎng)礦用按鈕盒設(shè)備，使得系統(tǒng)控制功能更加完善。

5　結(jié)論

載荷監(jiān)視預(yù)警系統(tǒng)利用現(xiàn)代通信技術(shù)，可靠地實(shí)現(xiàn)了刮板輸送機(jī)運(yùn)行電流變化的監(jiān)視與控制，預(yù)判載荷的變化情況，進(jìn)行直觀明確的顯示和語(yǔ)音輸出，提前通知采煤和放煤的操作人員，避免出現(xiàn)重載難起動(dòng)的情況，并且具有初期投資少以及運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)勢(shì)，非常適用于無(wú)規(guī)律高峰值負(fù)載的礦用刮板輸送機(jī)的運(yùn)行監(jiān)控使用，具有較好的推廣前景。

［1］ 劉春.放頂煤工作面后部刮板輸送機(jī)的設(shè)計(jì)淺析［J］.煤，1998（3）

［2］ 唐會(huì)成.煤礦井下連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)的Modbus多機(jī)通信［J］.自動(dòng)化儀表，2014（6）

［3］ 李建華，雷志鵬，李艷偉.綜采工作面 “三機(jī)”狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)開(kāi)發(fā)［J］.中國(guó)煤炭，2012（9）

［4］ 席慶祥，雷志鵬.綜采面刮板輸送機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2011（10）

［5］ 雷志鵬，宋建成.綜采工作面輸送設(shè)備工控實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.工礦自動(dòng)化，2010（7）

［6］ 張春芝，馮海明，孟國(guó)營(yíng).煤礦井下工作面輸送設(shè)備監(jiān)控平臺(tái)的研究［J］.中國(guó)煤炭，2010（1）

（責(zé)任編輯 王雅琴）

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 Mine Group Co.，Ltd.，Datong，Shanxi 037003，China；2.Taiyuan Huite Science&Technology Co.，Ltd.，Taiyuan，Shanxi 030006，China）

Aimed at scraper conveyer behind supports of fully mechanized caving faces easily occurred the problems about hard to start or starting failure heavy loads，the authors designed a loading monitor and pre-warming system which took PLC as the control core and can monitor current value when the electrical machine were running，and also introduced composition and operation principle of the system.The coal workers could rely on voice and acousto-optic hints for sublevel caving mining when using the system，which could avoid the situation of hard to start or starting failure heavy loads.

fully mechanized caving faces，scraper conveyer behind support，loading monitor and pre-warning，MODBUS-RTU communication

TD421

A

祝賀（1982- ），男，山西大同人，工程師，現(xiàn)就職于大同煤礦集團(tuán)機(jī)電管理處，主要從事機(jī)電管理方面的工作。