摘要：为保证煤矿设备的安全高效运行，同时延长煤矿设备的使用寿命，提高煤矿设备运行的自动化程度，设计了一种新的基于PLC的煤矿设备运行监测控制系统，能够对煤矿设备的运行情况进行不间断监测，发生异常现象时及时报警，并对异常现象或者故障进行初步分析和记录，便于工作人员的及时处理，极大地提高了煤矿设备运行的稳定性和使用寿命。
关键词：PLC;煤矿设备；监控设备
0引言
作为国民经济发展最重要的能源，煤炭在社会各行业中依旧保持着旺盛的需求，随着各大煤矿对综采面生产效率要求的不断提高，对煤矿设备工作时的可靠性和稳定性也提出了更高的要求。煤矿设备因长期在煤矿井下极端恶劣的环境中工作，因此极易发生各种故障，导致停机、停产，给煤炭生产造成极大的经济损失。为提高煤矿设备工作时的稳定性和可靠性，目前主要采用加强人工巡视的方式进行监测，需要投入大量的人力、物力，但实际效果却极其有限，因此迫切需要建立煤矿设备运行状态实时监测系统，当故障发生时能及时报警并对故障进行初步判断，便于维修人员迅速确定故障源并排除故障，快速恢复生产。
1煤矿设备的结构组成
煤矿设备是综采面用于落煤和装煤的大型机械化设备，主要由截割系统、牵引系统、液压系统及其他附属系统组成，其整体结构如图1所示。
图1煤矿设备整体结构示意图
在煤矿设备中，截割系统是直接工作单元，利用截割系统上的截齿实现割煤和装煤的任务。牵引系统是煤矿设备的动力源，其主要作用是控制煤矿设备沿工作面不断地移动，完成开采任务，牵引装置工作的可靠性直接决定着煤矿设备整体的工作效率，当截割系统的截割阻力过大时，牵引系统会降低运行速度，保护截齿不被破坏；当截割系统工作欠载时，牵引系统会提高运行速度，以提高煤矿设备的生产能力。煤矿设备的液压系统包括液压泵站、阀体、管路等，主要用于控制摇臂、防护顶板及喷雾降尘装置等。
2煤矿设备运行监测控制系统的性能要求
煤矿设备运行监测控制系统用于对煤矿设备各部分的运行情况进行实时监测，为确保信息监测的准确性及传递的快速性，整个系统应具有以下功能：
(1)数据采集及分析功能：实时监测煤矿设备各组成部分在工作时的运行状态，如电流、电压、电机温度、截齿负载情况等，并能将监测到的数据进行初步的分析处理。
(2)故障诊断及记录功能：根据监测到的各部分运行状态信号对煤矿设备各部分的运行情况进行分析处理，与逻辑运行程序进行对比，及时发现异常情况并自动进行调整，同时将异常及处理信息进行记录，供工作人员实时调阅。
(3)故障报警功能：当监测控制系统监测到煤矿设备运行的异常信息后，若故障超过设定范围，则及时发出报警信号并同时根据设定程序进行相应的处理。
(4)信息传递与参数显示功能：监测控制系统能够及时将监测到的信息传递给各控制中心，并能将各种监测数据以图表、曲线的形式实时显示在监测中心的屏幕上，便于控制人员的监测与故障处理。
3煤矿设备运行监测控制系统的整体结构设计
煤矿设备运行实时监测控制系统的整体结构如图2所示。整个监控系统由三层构架组成，主要包括感知层(监测层）、传输层（网络层）和应用层（控制层）三个部分，能够对煤矿设备工作中各系统的运行情况进行实时监测，并将监测信息通过网络系统传递到PLC控制中心及地面监控中心，实现对煤矿设备运行状态的不间断监测。
图2煤矿设备监控系统结构示意图
(1)监测层：监测层主要由位于煤矿设备各系统内的传感器设备组成，如温度传感器、电流表、电压表、压力传感器等，其主要是对煤矿设备各部分工作时的各种运行状态信号进行实时采集，并将采集的数据信息进行初步处理后通过网络传递到PLC中心。监测层是整个煤矿设备运行监测系统正常运行的基础，其数据采集的及时性和准确性直接关系到系统能否将正确的运行状态反馈给监测中心的控制人员，因此对各类传感器设备的可靠性和寿命要求较高。
(2)网络层：网络层主要由CAN控制局域网络组成，是连接监测层和控制层(应用层）的“桥梁”，主要用于将监测层收集到的各种数据信息传递给PLC控制中心，将PLC控制中心处理过的数据传递给控制层(应用层），同时将工作人员在监控中心下达的各类动作指令传输到一线的煤矿设备的各类控制机构上，实现对煤矿设备运行状态的远程控制。
(3)控制层：控制层主要是位于地面上的煤矿设备运行监测控制中心。在该控制中心设置有各种控制操作平台及显示屏幕，监测层各类传感器设备将监测到的煤矿设备的实时运行情况能够以图表、曲线等形式显示在屏幕上，使控制中心的工作人员能够直观地观察
到煤矿设备各部分的运行情况，当出现异常时能够通过操作平台下达调整指令，实现在井上对井下采煤运行情况的远程控制。
4监测控制系统的抗干扰设计
由于煤矿井下综采面的空间狭小、工作环境恶劣，供电电网在机械设备运行时的电压波动较大，且各类电磁设备多，造成井下电磁干扰严重，极大地影响了监控系统信息采集、传递的准确性、及时性和完整性，因此需对监测控制系统进行专门的抗干扰设计，以确保监测系统信息传递的准确性：
(1)电源滤波设计。在每个传感器设备控制芯片的电源处增加一个电解电容，同时在电路设置一个分支电路，并在此处并联一个电容，从而实现对数字电路和模拟电路的RC滤波，克服各类高频率的杂波电磁干扰。
(2)对传输网络电路采用屏蔽电缆。在该监测控制系统中，采用了1芯屏蔽电缆，并且将每个电缆的单端接地，最大程度地减少了外部干扰信号对信息传递的影响。
(3)模数独立设计。为了避免信息传递过程中数字电路的干扰信号对模拟输入端模拟量信号的干扰，采用将数字电路和模拟电路分开布置的方式，从而避免了可能产生的干扰。
5结语
本文通过对目前煤矿设备结构和控制要求的研究，根据煤矿综采面自动化发展的要求，提出了基于PLC的煤矿设备运行监测控制系统，并对该系统的要求、整体结构等进行了详细的阐述，该煤矿设备运行监测控制系统能够对煤矿设备的运行状态进行不间断监测，出现故障时能够实现自动报警和远程控制，同时能够对其运行情况进行调整，确保煤矿设备以最优状态进行工作，极大地提高了煤矿设备运行的可靠性和使用寿命，为煤矿企业的安全生产提供了强有力的保障，具有巨大的社会和经济效益。
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论文作者:于书航,云晓燕
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/4/22
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