刮板输送机驱动装置监控系统的研发设计

【摘 要】基于输送机驱动安全可靠性的实际需求，刮板输送机驱动监控系统选用S7-300 PLC，完成数据的采集和相关处理，并将数据传送给显示装置、执行机构和上位机，实现对输送机驱动装置的监控和联动保护。

【关键词】PLC；刮板输送机；监控

1 引言

刮板输送机是煤矿重要的输送设备，它主要由牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等组成，其工作性能的好坏直接关系到综采工作面的可靠性、安全性及生产进度。在刮板输送机系统的故障中，驱动装置的故障占其总故障的80%，因而研究设计驱动装置的监控系统，保障传动部分的正常运转，具有非常重要的意义。

本监控系统是集减速器轴承温度、油冷却水流量、冷却水压力及电机轴承温度、电枢温度检测为一体的监控系统，可对所监控的数据进行动态显示及超限故障报警，并将数据传送给上位机，用于联动保护。

2 系统功能概述

系统硬件架构如图1所示。监控系统由PLC、触摸屏、上位机、服务器及各扩展模块构成。根据刮板输送机实际现场需求，本系统主要设计的功能如下：

图1 系统硬件架构图

2.1 监测、报警及控制功能

参考图1，CPU315对SM331采集的模拟量信号和SM321采集的开关量信号进行处理，若出现故障则通过SM322输出模块输出相关的报警和保护信号，并通过DP网络与上位机保持实时通讯，用于数据观察、记录及处理。

2.2 显示功能

将所采集的温度（油、水、轴承、电机电枢等）、压力、流量、油位状态、张紧状态等通过MPI网络、DP网络分别传送给触摸屏和上位机显示。

2.3 数据存储功能

为了存储更多的数据，可以通过PN网络将数据传送给服务器，可以长期、大量的保存有关数据，便于数据查阅和数据统计分析。

2.4 联动功能

与上位机实时通讯，通过上位机的综合处理，关联输送机实现联动控制。

3 系统硬件架构

本系统有两个电源模块，分别为PLC、触摸屏电源模块和本安电源模块。首先矿用电源经滤波器，接入PLC的PS307电源模块和触摸屏，为PLC和触摸屏供电；其次是本安电源模块，为传感器和电磁阀供电，此模块通过交直流电源转换模块转换成直流电压（DC24V）。

中央控制器选用西门子的S7-315-2 PN/DP作为PLC的核心部件，进行逻辑和数字运算，协调整个控制系统各部分的工作。其扩展的SM321（DI）和SM322（DO）开关量模块，分配情况如下：

（1）作为键盘的输入端子（4DI），主要用于显示屏上监控值参数输入端，和触摸屏故障报警复位端；

（2）用于主电机的起保停（3DI）、伸缩机尾油箱的控制输入端（2DI）、喷雾电磁阀启停（2DI）、以及全线急停按钮（1DI）等输入端；

（3）用于故障开关量输入，减速器油位（1DI）；减速器冷却水流量（1DI）；

（4）可以直接驱动主电机、伸缩机的接触器（2DO），声光报警器（1DO），工作照明灯等；

本系统主要采用SM331采集模拟量，其主要的参数为：8路输入，精度为12位，主要用于将传感器输入的模拟量转化成PLC系统能够识别和运算的数字量，以便于PLC的系统处理，主要分配如下：

（1）用于温度测量的端子（6AI）；

（2）链条张紧力监测（1AI）；

（3）减速器冷却水压力（1AI）。

4 系统软件设计

系统软件设计采用模块化设计技术，将系统按不同的功能划分为不同的模块，统一组装于主框架上构成统一的用户界面，操作方便。软件系统主要包括三个部分：数据采集和通讯、设备状态控制和数据管理。数据采集和通信部分采集油温、油位、流量、电压和电流等数据，用于记录、存储和分析，以及与PLC通信。设备控制部分根据采集到的数据判断系统当前的运行状态，并可通过执行器动作对设备工作状态进行调整。数据管理部分负责数据的统计、查询及打印输出。系统软件图如图2所示。

图 2 系统软件示意图

数据采集部分由参数设定、通信模块和数据存储模块组成。参数设定模块包括传感器参数设定和通信参数设定。通信参数用于设定PC机与PLC通信参数和协议。通信模块包括数据通信和通信测试。数据通信用于从PLC读取各种数据和状态信息以及下达控制命令和各种参数调整结果。通信测试模块具有通信测试和诊断功能，确保通信状态良好。数据存储模块将采集到的生产过程中的各种重要运行数据加以记录和处理。

设备控制部分由参数设定、报警处理和状态显示。参数设定用于设定各种设备的工作状态参数和运行参数，如减速器油温、油位、冷却水温度、压力、流量等。报警处理在发生生产故障时立即报警，以引起操作人员的注意。记录报警发生时的有关信息，如报警信息、故障报警时间、确认报警时间等，并对报警信息进行管理。状态显示用于动态显示生产过程中的重要设备（如电机等）的启动、停止和故障。

数据管理部分包括数据查询和数据输出。数据查询模块主要包括历史数据查询。历史数据查询包括减速器油温、油位历史数据、冷却水温度、压力、流量等，还可查询重要设备的运行参数、状态、操作记录以及报警的历史记录。数据输出模块负责各种数据报表的生成和打印输出，能够生成日生产报表、月生产报表、年生产报表等，同时还能以直观的图表形式打印。

参考文献：

[1]廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].机械工业出版，2011.

[2]苏昆哲.深入浅出西门子Wincc V6[M].北京航空航天大学出版社，2004.

作者简介：

王晓娟（1986- ），女，安徽亳州人，现就职于久益环球（淮南）采矿设备有限公司。