工作面輸送機(jī)監(jiān)測監(jiān)控平臺的研究開發(fā)

1、工作面輸送機(jī)監(jiān)測監(jiān)控平臺的研究開發(fā)肖雅靜 孟國營 于功江 董慶 張磊 （中國礦業(yè)大學(xué)（北京）北京 100083）摘要 本文研究的工作面輸送機(jī)監(jiān)測監(jiān)控平臺是以張家口煤機(jī)廠減速器監(jiān)測儀為基礎(chǔ)建立起來的一個監(jiān)測監(jiān)控平臺。它能夠通過減速器監(jiān)測儀監(jiān)測到工作面輸送機(jī)所有減速器的油溫、液位、軸承溫度、冷卻水壓力和冷卻水流量，同時監(jiān)測監(jiān)控平臺對開關(guān)安裝了電流和電壓互感器，監(jiān)測電機(jī)的電壓和電流。監(jiān)測監(jiān)控平臺還集成了對輸送系統(tǒng)所有設(shè)備的控制功能，可以對設(shè)備進(jìn)行單獨起?？刂坪鸵绘I順序起停控制，便于工作人員的操作。關(guān)鍵詞 監(jiān)測監(jiān)控，刮板輸送機(jī)，減速器，工作面Research and Design of Mining

2、Face Conveyor Monitoring Measure FlatMeng Guo-Ying Yu Gong-Jiang Xiao Ya-Jing Dong Qing Zhang Lei (China University of Mining & Technology(Beijing), Beiing 100083)Abstract: The monitoring & control flat for exploration area conveyor is based on the gear box monitor of Zhang Jiakou Mine Mecha

3、nical Factory. Through the gear box monitor, the flat can obtain oil temperature, oil level, bearing temperature, cooling water pressure and cooling water flow. Meantime, the flat employs voltage and current sensors in the switch in order to monitor status of motors. The monitoring & control fla

4、t also integrate the functions of monitoring every machine in the conveying system, separately or sequentially stopping and starting equipment, which makes operation much more convenient.Keywords: Monitoring measure, Armor face conveyor, Gear box, Mining face1 引言刮板輸送機(jī)是綜采工作面配套設(shè)備的重要組成部分，是煤炭裝運的第一個環(huán)節(jié)，在很

5、大程度上決定了采煤工作面的生產(chǎn)能力和效率。因此，運煤系統(tǒng)運行的好壞直接關(guān)系到礦山生產(chǎn)能否正常進(jìn)行。運煤系統(tǒng)的監(jiān)控自動化程度是影響運煤系統(tǒng)高效、安全、可靠運行的重要因素之一1。隨著現(xiàn)代礦井采掘技術(shù)的提高，礦井的生產(chǎn)能力越來越大，運煤負(fù)荷越來越重，運煤系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，這樣，對運煤系統(tǒng)的安全監(jiān)測監(jiān)控要求也就越來越高。它要求現(xiàn)代的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)具有完善的技術(shù)水平，做到平時能夠準(zhǔn)確無誤地完成操作，對突發(fā)事故能夠快速反應(yīng)，正確處理，將事故范圍縮小到最低程度2。根據(jù)工作面輸送系統(tǒng)中實際存在的問題，張家口煤礦機(jī)械有限公司與中國礦業(yè)大學(xué)（北京）提出了工作面輸送機(jī)監(jiān)測監(jiān)控平臺的研發(fā)，以實現(xiàn)對工作面輸送系統(tǒng)進(jìn)行總體

6、的監(jiān)控。輸送機(jī)監(jiān)測監(jiān)控平臺能夠在線了解設(shè)備的運行狀況，并集成了對工作面各個設(shè)備的控制功能。此平臺同時具有對上通信的功能，可以將工作面的信息傳到井上，使井上控制中心能夠直觀地了解工作面輸送設(shè)備地運行狀況，為將來實現(xiàn)井下無人開采奠定了基礎(chǔ)。2 監(jiān)測監(jiān)控平臺總體設(shè)計方案系統(tǒng)的框圖如圖1所示。其中13PD及14PD為張家口煤機(jī)廠現(xiàn)已使用的刮板輸送機(jī)減速器監(jiān)測儀，中間的監(jiān)控平臺就是我們要研發(fā)的工作面輸送機(jī)監(jiān)測監(jiān)控平臺。我們研發(fā)的平臺就是將13PD和14PD作為下位機(jī)，和其進(jìn)行通信，接收監(jiān)測儀監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行顯示，存儲，報警，和上位計算機(jī)進(jìn)行通信等等。同時工作面輸送系統(tǒng)監(jiān)控平臺還與工作面設(shè)備的開關(guān)相

7、連，控制設(shè)備的啟停。監(jiān)控平臺通過交換機(jī)接入環(huán)網(wǎng)，通過環(huán)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳給地面總站。地面總站主要是通過同下位機(jī)監(jiān)控平臺進(jìn)行通信來獲得采煤工作面各個輸送設(shè)備運行情況。圖1 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)整體框圖 3 功能說明工作面輸送機(jī)監(jiān)測監(jiān)控傳輸平臺的功能主要分為兩部分：監(jiān)測功能與設(shè)備控制功能。3.1監(jiān)測功能監(jiān)測功能主要是實現(xiàn)對減速器和電機(jī)的各個參數(shù)的監(jiān)測。13PD監(jiān)測的數(shù)據(jù)有，減速器的大小油池的液位、減速器大小油池的油溫、減速器高速軸、低速軸的油溫、冷卻水的壓力和流量以及電機(jī)的電壓和電流。監(jiān)測監(jiān)控平臺通過與減速器監(jiān)測儀和設(shè)備控制開關(guān)進(jìn)行通信獲得這些監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過通信獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)之后，第一個要實現(xiàn)的功能就是將監(jiān)測到的值

8、集中顯示。如圖2所示。圖2監(jiān)測畫面監(jiān)測畫面中不僅顯示了各個設(shè)備的監(jiān)測值，同時還顯示了報警值，這樣便于進(jìn)行比照?？紤]到為了防止每次開機(jī)時都要進(jìn)行報警值的設(shè)置，監(jiān)控平臺要對設(shè)置過的報警值進(jìn)行存儲。這樣每次開機(jī)時系統(tǒng)就可以自動從存儲單元中調(diào)用設(shè)置好的存儲值。14PD監(jiān)測的量比13PD相對多一些，故不同時顯示各個參數(shù)的報警值，顯示界面如圖3所示。 圖3監(jiān)測畫面3.2控制功能控制功能就是實現(xiàn)對工作面輸送系統(tǒng)所有設(shè)備的集中控制。從圖1中可以看出，監(jiān)測監(jiān)控平臺同輸送設(shè)備的電機(jī)控制開關(guān)相連，以達(dá)到控制輸送設(shè)備的目的。工作面輸送機(jī)監(jiān)測監(jiān)控平臺控制的設(shè)備有工作面刮板輸送機(jī)1、刮板輸送機(jī)2、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、順槽刮板

9、輸送機(jī)、順槽膠帶機(jī)。集中平臺可以對各個設(shè)備分別進(jìn)行起?？刂?。同時為了方便操作，還特別設(shè)置了一鍵集中控制按鍵，即順序啟動和順序停機(jī)鍵，這是根據(jù)現(xiàn)場實際的操作順序設(shè)置的按鍵，當(dāng)按到順序啟動鍵時，設(shè)備就按照順槽膠帶機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、順槽刮板輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)1、刮板輸送機(jī)2這樣的順序進(jìn)行依次啟動。要求停機(jī)時，則按照刮板輸送機(jī)2、刮板輸送機(jī)1、順槽刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、順槽膠帶機(jī)的順序停機(jī)。4 系統(tǒng)硬件框圖針對工作面輸送機(jī)監(jiān)測監(jiān)控平臺的功能要求，設(shè)計的整個電路是一個以單片機(jī)為核心并集成了必要的輸入輸出設(shè)備的單片機(jī)系統(tǒng)。其主要由液晶顯示模塊、薄膜按鍵模塊、電源模塊、報警模塊、控制模塊、通信模塊、

10、A/D轉(zhuǎn)換模塊以及必要的光電隔離等部分組成。其電路框圖如圖4所示。圖4工作面輸送機(jī)監(jiān)測監(jiān)控平臺電路框圖5 軟件主流程工作面輸送機(jī)監(jiān)測監(jiān)控平臺的主程序流程圖如圖5所示，首先對設(shè)備進(jìn)行初始化，然后逐個查詢每一個下位機(jī)的數(shù)據(jù)，包括監(jiān)測到的溫度、壓力、液位狀態(tài)以及從互感器中獲得的電流和電壓。然后對第一個下位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。程序循環(huán)掃描是否有鍵按下，有鍵按下進(jìn)入相對應(yīng)的按鍵服務(wù)程序。比如翻頁鍵“”按下則調(diào)用相應(yīng)的下位機(jī)數(shù)據(jù)并在液晶屏上顯示。我們共設(shè)置了24個按鍵，可以分成兩部分，控制部分和監(jiān)測部分?？刂撇糠钟?4個按鍵為：“順槽膠帶機(jī)啟動”、“順槽膠帶機(jī)停機(jī)”、“破碎機(jī)啟動”、“破碎機(jī)停機(jī)”、“轉(zhuǎn)載機(jī)

11、啟動”、“轉(zhuǎn)載機(jī)停機(jī)”、“順槽刮板機(jī)啟動”、“順槽刮板機(jī)停機(jī)”、“刮板機(jī)1啟動”、“刮板機(jī)1停機(jī)”、“刮板機(jī)2啟動”、“刮板機(jī)2停機(jī)”、“設(shè)備順序啟動”、“設(shè)備順序停機(jī)”、監(jiān)測部分有10個按鍵為：“設(shè)備起停狀態(tài)顯示”、“監(jiān)測值顯示”、“確定”、“返回”、“設(shè)置”、“復(fù)位”、 “”、“”、 “”、“”。圖5 主程序流程圖6通信模塊通信是本系統(tǒng)最重要的部分之一，分為對下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集和對上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。工作面輸送機(jī)監(jiān)測監(jiān)控平臺同下位機(jī)減速器監(jiān)測儀的通信采用RS-485通信方式。RS-485作為一種多點、差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范現(xiàn)已成為業(yè)界應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)范之一。這種通信接口允許在簡單的一對

12、雙絞線上進(jìn)行多點、雙向通信。它所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長度及可靠性是其他標(biāo)準(zhǔn)無法比擬的。RS-485 標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜和協(xié)議3。在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。本課題從煤礦井下現(xiàn)場的具體工況等多方面考慮，確定采用RS-485通訊標(biāo)準(zhǔn)，并且采用MODBUS-RTU協(xié)議。通信系統(tǒng)的連接方式如圖6所示，下位機(jī)監(jiān)測儀并聯(lián)掛接在一對雙絞線同上位機(jī)進(jìn)行通信。這種通信方式的最遠(yuǎn)距離可達(dá)1.2km，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。監(jiān)測監(jiān)控平臺通過交換機(jī)接入環(huán)網(wǎng)將采集到到的工作面輸送系統(tǒng)狀況傳到井上。圖6 通信連接方式7結(jié)語本文是由張家口煤礦機(jī)械有限公司與中國

13、礦業(yè)大學(xué)（北京校區(qū)）根據(jù)工作面輸送系統(tǒng)的中實際出現(xiàn)的問題提出的一個綜合監(jiān)測監(jiān)控平臺的研發(fā)。工作面輸送機(jī)監(jiān)測監(jiān)控傳輸平臺的研發(fā)成功必然會使工作人員更好地了解設(shè)備運行狀況，能夠及時的發(fā)現(xiàn)問題，并提前處理，規(guī)避風(fēng)險，對提高礦井的生產(chǎn)效率和改善礦井的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著至關(guān)重要的意義。參考文獻(xiàn)1范天吉煤礦監(jiān)測監(jiān)控綜合技術(shù)手冊長春：吉林電子出版社，20002 姬迎春. 成莊礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的使用探索. 煤礦安全，2005年09期：45463 劉濤帶有RS485轉(zhuǎn)換功能的一類網(wǎng)卡設(shè)計與實現(xiàn)大連理工大學(xué)，2006孟國營，男，教授，博導(dǎo)，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）機(jī)電與信息工程學(xué)院副院長，主要研究方向：系統(tǒng)動力學(xué)，測試計量技術(shù)及智能化儀器