基于PLC的采煤機(jī)狀態(tài)監(jiān)測機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

程 浩

（山西汾西正文煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 孝義 032300）

1 采煤機(jī)結(jié)構(gòu)及常見故障

整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括切割單元、牽引單元、電控模塊、液控單元及其他輔助系統(tǒng)組成。電控模塊是采煤機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，其通過連接設(shè)備與采煤機(jī)的切割單元、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳動(dòng)與控制，同時(shí)電控模塊也是液控單元和破碎機(jī)的動(dòng)力來源[1]。

圖1 采煤機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

采煤機(jī)常見的故障形式主要包括：

1）電控單元故障。在電控系統(tǒng)中，采煤機(jī)主要通過變壓器將高壓電降低為不同等級(jí)的低壓電，以滿足不同用電模塊的用電需求，其常見的故障形式主要包括漏電故障、短路故障、越級(jí)跳閘、變壓器過溫故障等。

2）液控單元故障。采煤機(jī)的液控單元主要作用是控制采煤機(jī)的搖臂機(jī)與破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)，是采煤機(jī)的核心動(dòng)力單元，其常見的故障形式主要包括油液污染造成的單向閥、液控閥等管路堵塞、管路破損等。

3）機(jī)械系統(tǒng)故障。機(jī)械系統(tǒng)是采煤機(jī)最重要的組成部分，主要包括牽引傳動(dòng)和搖臂傳動(dòng)兩部分，因此在長期使用的過程中其用于傳動(dòng)的齒輪、齒條、軸承等，極易發(fā)生點(diǎn)蝕、斷齒、過度磨損等故障，導(dǎo)致其出現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)故障。

2 采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案

結(jié)合采煤機(jī)工作要求和壽命要求，建立采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的整體構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測，其主要包括以下幾個(gè)方面[2]：

1）采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測。采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測就是對采煤機(jī)在工作時(shí)的各個(gè)工作參數(shù)進(jìn)行采集、分析，對超過系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行報(bào)警處理，以便于及時(shí)采取修正措施。

2）采煤機(jī)的故障診斷。故障診斷就是利用數(shù)字信號(hào)對比分析的方法，對監(jiān)測到的特征參數(shù)應(yīng)用邏輯分析的方式實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)各組成單元的診斷，根據(jù)診斷結(jié)果對采煤機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，確保采煤機(jī)的正常運(yùn)行。

3）大數(shù)據(jù)信息管理。信息管理系統(tǒng)對采煤機(jī)的維修情況進(jìn)行管理，對更換的部件、維修周期、處理措施等進(jìn)行標(biāo)定，通過對維修、更換部件的信息管理，為采煤機(jī)制定合理的檢修周期和檢修方案，提高采煤機(jī)的使用壽命及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

3 采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

我們開發(fā)的基于PLC的采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示，該系統(tǒng)能夠?qū)Σ擅簷C(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將其運(yùn)行情況傳遞給PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)將采集到的信號(hào)與內(nèi)部的邏輯控制程序進(jìn)行對比分析即可對采煤機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行判斷，并采取一定的措施，確保采煤機(jī)安全可靠的工作。

基于PLC的采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)其主要包括信息監(jiān)測、信息傳輸及信息應(yīng)用三個(gè)部分[3-4]，信息監(jiān)測模塊主要對采煤機(jī)在工作過程中電源系統(tǒng)的電壓、電流、變壓器溫度，液壓系統(tǒng)的液位、壓力、油溫、油液內(nèi)懸浮顆粒的數(shù)量及機(jī)械系統(tǒng)的工作情況進(jìn)行監(jiān)測，并將采集到的信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，傳遞到PLC控制系統(tǒng)中。

圖2 基于PLC的采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

信息傳輸系統(tǒng)起著將信息監(jiān)測單元采集到的采煤機(jī)各系統(tǒng)的工作信號(hào)傳遞給PLC控制中心的任務(wù)，為了確保信息傳遞的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和完整性，我們選擇有線傳輸?shù)姆桨?，并選擇與PLC相配套的傳輸控制及網(wǎng)際協(xié)議（簡稱TCP/IP）模塊，通過采用NI-OPC服務(wù)來實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)和上位機(jī)之間的通訊。

信息應(yīng)用模塊是PLC控制系統(tǒng)中最核心的處理模塊，根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)的控制要求，信息應(yīng)用模塊首先會(huì)對所有收集到的采煤機(jī)參數(shù)信息進(jìn)行初步分析并儲(chǔ)存，對收集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理[5]，建立起采煤機(jī)工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫，同時(shí)對采煤機(jī)的工作壽命與工作狀態(tài)之間的關(guān)系進(jìn)行分析，同時(shí)實(shí)時(shí)的將監(jiān)測數(shù)據(jù)信號(hào)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)對故障源進(jìn)行鎖定并及時(shí)報(bào)警。

4 結(jié)語

采煤機(jī)是實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)機(jī)械化和現(xiàn)代化的重要設(shè)備之一，機(jī)械化采煤可以減輕體力勞動(dòng)、提高安全性，達(dá)到高產(chǎn)量、高效率、低消耗的目的，但其往往也容易發(fā)生故障。因此，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)及采煤機(jī)的實(shí)際工作要求，提出了基于PLC的采煤機(jī)狀態(tài)監(jiān)測機(jī)構(gòu)實(shí)施方案，確定了采煤機(jī)信息監(jiān)測系統(tǒng)信息傳遞方式等，以確保采煤機(jī)的安全運(yùn)行。