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采煤機信息系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)

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采煤機信息系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)

摘要:為進一步提升綜采工作面煤炭資源的開采率和資源利用率,提出基于PLC控制器和Wincc組態(tài)軟件設(shè)計采煤機信息系統(tǒng)的思路,并詳細完成了采煤機信息系統(tǒng)中現(xiàn)場采集系統(tǒng)、本地控制管理系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,為提升采煤機控制的自動化水平奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:Wincc;組態(tài)軟件;變頻器;自動化

引言

采煤機為綜采工作面關(guān)鍵綜采設(shè)備,其從結(jié)構(gòu)、牽引系統(tǒng)、驅(qū)動調(diào)速系統(tǒng)等方面得到了飛速的發(fā)展和進步。如今,在大力倡導提高煤炭資源開采率和資源利用率的背景下,對采煤技術(shù)和采煤機的性能提出了更高的要求和挑戰(zhàn)[1]。隨著網(wǎng)絡(luò)計算機控制技術(shù)的發(fā)展,采煤機將逐漸朝著可視化的方向發(fā)展,最終實現(xiàn)采煤機在綜采工作面的少人或者無人值守的工作目標,以實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)的目的。本文將著重研究采煤機信息系統(tǒng)的設(shè)計及其功能的實現(xiàn)。

1采煤機信息系統(tǒng)的總體設(shè)計

采煤機信息系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)為實現(xiàn)采煤機在綜采工作面的在線監(jiān)測功能。結(jié)合當前工業(yè)在線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗,擬定采煤機在線監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。如圖1所示,針對采煤機在線監(jiān)控功能的實現(xiàn),本方案采用分布式結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路,其功能實現(xiàn)的核心控制器為PLC控制器和Wincc組態(tài)控制軟件,上位機與下位機的通信通過Intenet實現(xiàn)。采煤機在線監(jiān)測系統(tǒng)包括現(xiàn)場設(shè)備層、控制層、本地控制管理層和遠程診斷管理層。其中:現(xiàn)場設(shè)備層主要包括對采煤機運行狀態(tài)監(jiān)測的各種傳感器和檢測設(shè)備等;控制層為采煤機運行狀態(tài)參數(shù)控制的核心設(shè)備,包括PLC控制器和變頻器等,主要對現(xiàn)場設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)進行處理;本地控制管理層是基于通信技術(shù)、計算機控制技術(shù)和自動化技術(shù)所實現(xiàn)對下位機控制過程的集中管理系統(tǒng),其可對采煤機運行參數(shù)進行存儲并對采煤機的運行狀態(tài)進行控制;遠程診斷管理層主要基于IE瀏覽器實現(xiàn)對采煤機運行狀態(tài)的實時顯示,可遠程實現(xiàn)對采煤機的故障診斷,并對相關(guān)數(shù)據(jù)進行訪問[2]。

2采煤機信息系統(tǒng)的設(shè)計

2.1采煤機現(xiàn)場采集系統(tǒng)的設(shè)計

針對采煤機的工作特點,采煤機現(xiàn)場采集系統(tǒng)包括有對采煤機各電機運行溫度的檢測和保護、采煤機各電機電壓的檢測和控制、采煤機的漏電檢測和控制、采煤機液壓系統(tǒng)油壓的檢測和控制、采煤機機身位置的檢測和控制以及工作面瓦斯含量的檢測及保護等[3]。本方案采用鉑電阻作為溫度傳感器實現(xiàn)對采煤機電機溫度的檢測,其可檢測電機溫度的范圍為-70~630℃;針對采煤機的電壓檢測本方案為其設(shè)計專用的電壓檢測回路,如下頁圖2所示。采煤機漏電檢測只針對其電機控制變壓器和牽引變壓器二次漏電現(xiàn)象,其主要通過漏電檢測裝置產(chǎn)生的信號對主控器進行控制,進而發(fā)出報警;采煤機壓力檢測通過液壓回路中的安全閥所實現(xiàn);采煤機機身位置的檢測通過在其行走機構(gòu)上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器,通過檢測編碼器輸出的脈沖個數(shù)達到測量距離的目的;瓦斯含量的檢測通過在采煤機不同機身位置安裝瓦斯傳感器實現(xiàn),并為采煤機的運行設(shè)置瓦斯報警保護電路,即當工作面瓦斯?jié)舛瘸瑯藭r采煤機無法啟動。

2.2采煤機本地控制系統(tǒng)的設(shè)計

采煤機本地控制系統(tǒng)的主要功能為對采煤機現(xiàn)場相關(guān)設(shè)備運行狀態(tài)的集中監(jiān)測和控制。鑒于當前采煤機的電氣控制核心為PLC控制器與變頻調(diào)速控制的結(jié)合[4]。因此,采煤機本地控制系統(tǒng)主要包括PLC控制器、變頻器、上位機以及各類檢測電路等,其對應(yīng)的控制原理圖如圖3所示。采煤機本地控制系統(tǒng)的核心為變頻器和PLC控制器。其中,針對采煤機牽引部及滾筒調(diào)高部電機的控制,本方案采用ACS800-175變頻器,該變頻器的容量為175kV,額定輸出功率為135kW。根據(jù)控制需求,為采煤機牽引部配置兩套變頻器,并采用一拖一的工作方式,其中主變頻器受PLC控制器的控制;對應(yīng)PLC控制器選用可靠性更高的S7-300系列,并基于Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)變頻器與PLC控制器之間的通信功能。針對PLC控制器為其配置其他功能的模塊如表1所示。本地控制系統(tǒng)的控制流程為PLC通過對采煤機截割、牽引部以及泵電機電流值、油箱液位、潤滑泵壓力、實際牽引速度、工作面瓦斯?jié)舛鹊葏?shù)進行處理后得出相應(yīng)的控制指令,通過變頻器實現(xiàn)對采煤機牽引部液壓閥及截割部左右搖臂的升降控制。

2.3采煤機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

本方案基于Wincc組態(tài)軟件實現(xiàn)對采煤機數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。根據(jù)采煤機信息系統(tǒng)的要求,采煤機監(jiān)控系統(tǒng)需對其運行狀態(tài)參數(shù)的實時顯示、各種故障的實時報警以及運行參數(shù)的存儲并以趨勢圖的形式呈現(xiàn)于用戶。其中,采煤機信息系統(tǒng)的主界面可對采煤機進行手動或自動控制功能的實現(xiàn),對采煤機運行動畫、電機運行參數(shù)及左右搖臂等運行參數(shù)的顯示;采煤機信息系統(tǒng)的實時趨勢在對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、處理及歸檔的基礎(chǔ)上將重要參數(shù)的變化趨勢實時呈現(xiàn)于用戶界面,并且用戶可對關(guān)鍵參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)及發(fā)展趨勢進行打?。徊擅簷C報警與故障顯示畫面可實時顯示設(shè)備出現(xiàn)故障的日期、時間以及具體位置、故障類型等[5]。為實時呈現(xiàn)采煤機的運行狀態(tài),需實現(xiàn)PLC控制器與Wincc組態(tài)軟件的通信,由PLC控制器對現(xiàn)場傳感器所采集到的數(shù)據(jù)進行處理后傳遞至Wincc組態(tài)軟件并將數(shù)據(jù)信息實時呈現(xiàn)于用戶界面。

3結(jié)論

采煤機為綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備,為提高工作面的采煤效率和開采率需實現(xiàn)對采煤機的在線監(jiān)測控制,為此本文基于PLC控制器和Wincc組態(tài)軟件完成對采煤機信息系統(tǒng)的設(shè)計,其具體功能如下:1)基于采煤機信息系統(tǒng)可實現(xiàn)對采煤機自動/手動控制的選擇,并實時顯示采煤機截割電機、機身位置、搖臂以及滾筒截割速度等運行參數(shù);2)采煤機信息系統(tǒng)可對設(shè)備運行參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)進行存儲打印,并對現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)以趨勢圖的形式呈現(xiàn)于用戶;3)基于采煤機信息系統(tǒng),用戶可獲取采煤機的故障信息包括故障類型、故障發(fā)生位置以及故障發(fā)生時間等。參考文獻[1]張旭輝,姚闖,劉志明,等.面向自動化工作面的電牽引采煤機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].工礦自動化,2017,43(4):1-5.[2]葛帥帥,秦大同,胡明輝.突變工況下滾筒式采煤機調(diào)速控制策略研究[J].煤炭學報,2015,40(11):2569-2578.[3]李駿,林福嚴.跟機自動化中采煤機自動控制方法研究[J].工礦自動化,2014(2):1-4.[4]邱錦波,劉振堅,芮國洪,等.PLC在交流電牽引采煤機電氣控站之間信號的穩(wěn)定傳輸,該傳輸器結(jié)構(gòu)安全可靠,被廣泛應(yīng)用煤礦開采環(huán)境。

5安全監(jiān)控系統(tǒng)功能測試

系統(tǒng)搭建完成后對其各項性能進行了測試,包括瓦斯氣體濃度的監(jiān)測能力、數(shù)據(jù)分析能力、數(shù)據(jù)記錄能力等。系統(tǒng)實現(xiàn)了對井下環(huán)境中甲烷、CO、CO2等氣體濃度的實時監(jiān)測與預警,軟件系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)記錄、查詢功能。詳細記錄了井下環(huán)境各項參數(shù)隨時間的變化情況,并可以將其繪制為歷史曲線,方便分析與查閱。在為期半年的系統(tǒng)測試中,系統(tǒng)各項指標正常,具備實際應(yīng)用能力,為煤礦企業(yè)提供了安全保障。

參考文獻

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作者:王振宇 單位:大同煤礦集團有限公司煤峪口礦測量科