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煤矿 现代化 2 0 1 3 耳增 刊 消除跳链的发生。根据前面对刮板机跳链故障的分 析 ， 无论是何种原 因造成 的跳链故 障， 其状态均如图 2 所示的两边牵引链条会错位一个距离， 使刮板产生 歪斜 ， 这与刮板机的正常运行状态有显著 区别 。因此 可以根据这一故障现象研究一种监测装置 ，及时捕 捉到刮板机跳链状态并快速停车 ，以避免跳链故 障 带来 的危害 ， 最大限度减少对生产 的影响 。 3 断链诊断原理 刮板机 的故 障种类 非常多 ， 如断链 、 卡三块 f 铁 块 、 木块 、 石块 、 堵煤 、 过载 、 靠背轮打滑等 ， 每个故障 都会在电机电流上得到反映。 其中故障发生最多、 危 害最大的事故为刮板机断链 ， 其主要原因为 f 1 刮板 机链因动静负荷的冲击， 使链条疲劳破坏； f 2 2由于磨 损、 锈蚀使刮板机链截面减小、 强度降低 ， 刮板机承 受不 了较大 的冲击负荷而发生断链 ； 3 由于煤 中存 在杂质 如 石块、 铁块、 木块等 卡在链轮上或其它部 位 ， 刮板机受到瞬间巨大的拉力 ， 刮板链强度 比较薄 弱的地方 ， 有可能发生拉断。 在运煤刮板机设计 时，普遍存在着选定刮板机 的交流拖动 电机功率比正常刮板机运行时所需功率 大很多的现象。 这样刮板机正常运行时， 电动机机正 常运行电流 同样远小 于电机额定 电流。传统 电流保 护方式f 如 热继 电器保护 、 过流继 电器等 是按电机 额定电流进行整定的保护定值 ，很难在刮板机输煤 系统出现故障时正确动作 。由于输煤系统刮板机受 煤量、 机械磨损与故障影响较大， 刮板机运行电流波 动范围也较大 ，如按刮板机运行 电流进行整定保护 定值方式， 则会经常发生保护装置误动， 此种方法也 不可行。因此仅依靠传统的保护方法难以对断链故 障作出有效保护 。 刮板机故障引起 电流摆动分 2种 ⋯ 1 刮板机卡 二 三 块 、 堵煤 、 过载等情况下 ， 刮板机 电机电流会在瞬 间急速上升。 f2 刮板机断链、 打滑等引起电机电流瞬 间急速下降。现场经常出现 的一种情况为卡物后 电 流突然上升 ， 故障处理不及时又发生断链 ， 断链后 电 流又突然下降。 因此根据电流瞬时摆动的幅度， 判断 刮板机运行及故障情况 ， 是一种有效合理的方案。 4系统硬件配置 本系统由电流采集单元、 斜链位置检测单元 、 信 号处理单元 、 保护输出单元 、 上位机监控报警单元五 部分组成 。系统如图 3所示 各部分的构成及功能 1 电流采集单元 主要完成 刮板机 拖动 电机运 行 电流的采集 。由电流互感器 ， 电流变送器 ， P L C模 1 01． 拟量采集模块组成 。 电 流 采 集 单 元L 信 号 斜 链 位 置 检 测 单 元l 处 理 苴 保护输 出单 元 一 一 兀 图 3系统硬件结构 图 2 斜链位置检测单元主要完成刮板 运行 时的 位置检测。斜链位置检测单元基于冗余设计的思想， 此单元 由两组功能上完全相同的接近开关及 P L C开 关量输入模块组成 。 每两个接近开关为一组 ， 每组接 近开关分别垂直安装 于刮板机 中间刮板上方并且在 接近开关检测距离之内。两组接近开关 的安装位置 如图 1 所示。安装在刮板机中间部位的两组接近开 关的工作原理、 安装方法 、 信号处理算法完全相同。 安装另一组接近开关 主要是用来克服个别刮板本身 安装倾斜造成 的误报警和通过硬件冗余来提高系统 的可靠性。 接近开关选用要基于以下两个原则 ①检测距 离要能克服刮板运行过程中刮板跳动的干扰 ，克服 刮板跳动造成的脉冲丢失。检测距离满足下式 L I ． 5 L ， L表示接近开关的检测距离 ， L 一表示刮板中间 跳链 幅度最大值 ， 1 ．5表示选型裕量。根据现场测试 数据 ， 中间位置跳链幅度最小 ， 刮板机头机尾跳链 幅 度最大， 约 3 c m ，平均值约 0 ．5 c m 。故选用的接近开关 的检测距离要大于 3 c m， 并且 留有一定裕量 ； ②接近 开关的检测频率满足下式 f 1 ．5 ， f 表示接近 1肿n 开关频率， 表示相邻刮板的运行频率， d 表示相 邻刮板问的最短距离 ， 1 ．5表示选型裕量。 3 信号处理单元完成电流采集单元 、 斜链位置 检测系统的信号处理，根据故障诊断算法完成故障 判断， 并将报警信号传给上位机监控单元， 将保护信 号传给输出保护单元。信号处理单元有 P L C系统的 核心设备 C P U处理器模块组成。 4 输出保护单元的输 出接一个 中间继 电器 ， 中 间继电器 的常闭触点串在刮板机二次 回路中 ，故障 时断开刮板机控制回路使之断电停车。由P L C开关 量输出模块组成。 5 上位机监控单元完成刮板机电机电流、 运行 速度、 故障报警的显示和报警参数的设定。 上位机监 控单元 由装有组态软件 的工控机组成。 5 跳链诊断算法设计 跳链之后刮板必然发生倾斜， 2 个接近开关检测 到的信号必然不 同步 ， 存在时间差 ， 该时间差与刮板 煤矿 现代化 2 0 1 3 年增 刊 的 倾 斜 程 度 成 正 比 ，有 如 下 的 数 学 关 系 △t 竖旦 At ，At 表示传输到信号处理单元中的 2 个接近开关 的检测 时间差 ， d 表示 2个接近 开关 的 安装中心的距离 ， 0表示刮板与水平线 的倾斜角 ， 表示刮板机的运行速度 ， A t 。 表示由于信号传输延 时、 接近开关动作延时、 继电器动作延时等因素造成 的时间差。只要 At 大于设定的报警阀值 △ t ， 就认 为刮板倾斜 。可以根据设定的报警阀值 A t 的大小 来判断刮板的倾斜程度，系统可以设置多个报警阀 值 已判断刮板机发生几级斜链 。 监控的基本算法是 当刮板运输机正常运行时， 刮 板与链条相互垂直， 刮板经过接近开关时， 使两个接近 开关几乎同时导通，两个接近开关信号都有效后延时 O ．0 5 s ，再使P L C中的计时器被复位， 后又使两计时器同 时开始计时。计时器存储从开始计时到下个接近开关 脉冲上升沿信号有效这段时间， 两计时器存储 的时问 分别为 t l,t 2 ，判断 A t lt 广t2 l A t 是否成立。两组接近 开关经信号处理算法后的报警输出信号经或逻辑运算 后作为系统最终的报警输出。因两个接近开关几乎 同 时导通所以 t 】 和 t 2 几乎相同， 所 以 △t lt 】 一 t 2 I △t 不 成立， 不会发生报警。 第二根刮板通过时又和前面的情 况一样 ， 如此循环往复的循环判断。 当刮板运输机出现 跳链情况时，原垂直于链条运行的刮板产生较大程度 的倾斜， 经过接近开关是不能同步， △t lt 一 t l A t 成 立，输出保护单元的中间继电器动作，其常闭触点释 放， 断开刮板机控制回路使之及时断电停车， 从而避免 跳链造成较大的破坏性事故。 6 断链诊断算法设计 设 I t 。 存储 t ， 采样时刻的刮板电流值 ， I t 2 存 储 t 采样时刻的刮板电流值 ， I 一 代表过载阀值， I 代表轻载 阀值 ， 采样时间 t ， 早于 t 。根据前面分析可 知 1 刮板机 卡三块 、 堵煤 、 过载 时 ， 有 I t 2 一 I t I ～ 成立 ； 2 刮板机断链 、 打滑时， 电流突然下降， 有 I t - I t 2 I 成立 ； 3 刮板先 卡物堵 转后 断链 时 ， 有 I t 2 一 I t I 一 成立 ， 后 I t 。 一 I t 2 I 成立。 若选取采样时间间隔过短， 报警阀值过小， 正常 运行时电流波动会造成误报警。但采样时间选取过 长 ，报警 阀值选择过大又会造成保护滞后 和保护失 效， 这两个值需要不断地调试确定 ， 这样系统才能具 有较高的可靠性。 在程序中根据采样电流的变化是否满足上述不 等式 ， 来判断刮板机 断链故障， 发生报警时输 出保护 单元 的中间继 电器动作 ，断开刮板机控制 回路使之 及时断电停车 ， 避免事故的进一步扩大。 7系统软件设计 现在南屯煤矿刮板运行 的实际情况 负荷量不 大 ， 很 少 出 现 过 载 。 空 气 开 关 选 用 的 是 D Z 2 0 Y 一 1 0 0 ／ 3 3 0 0 ， 接触器采用 的是 B 8 5的 ， 热继电器 是 T 1 0 5的 ， 电机 选 的型 号 是 Y1 8 0 L 一 4 ，功 率 是 2 2 K W，额定电流为 4 2 ．5 A。在正常运行 时的电流是 2 5 A左右 。因此系统 的软件设计主要对跳链及断链 来选型 的电流互感器根据实验电机参数选择变 比 1 0 0 ／ 5 ， 电流变送器选用 WB 一 1 4 1 4 一 S 2 A D， P L C模拟量 采 集模块选 用 MO D I C O N公 司的 1 6通 道混合 电流 输 入 型模拟 量模 块 B 8 7 ；接近 开关选 用西 普 电气 EI O 0 一 D 5 0 P K的接近开关 ，其检测距离为 5 0 ram， 检 测 频 率 为 3 0 0 H z ， P L C 开 关 量 输 入 模 块 选 用 MO D I C O N B 8 2 7 ； C P U 处 理 模 块 选 用 MOD I C O N 9 8 4 6 8 5 ，开关量输 出模块选用 MO D I C O N B 8 2 6 ； 上 位机组态软件选 G E公司的 C i m p l i c it y 6 ．0 。 根据刮板机跳链及 断链故 障诊断 的上述特征 ， 编写程序见图 4 l 02 煤矿现代化 2 0 1 3 年增刊 图 4系统程序 图 程序 中 1 0 0 3 7 5为接近开关 1 ， 1 0 0 3 7 6为接近开 关 2 ， 1 0 0 2 8 3 为刮板返回信号。当两接近开关检测到 刮板运行时， 即检测到脉冲的上升沿 ， P L C内部线圈 0 0 1 4 4 1 和 0 0 1 4 4 2分别置位 。 两个接近开关 的信号都 有效后， 延时 0 ．0 5 s ， 使 P L C中计时器置位之后 ， 两个 计 时器开始计时 ，计时器存储从计时到下个接近开 关脉冲上升沿有效这段时间 ，这两段时间分别存储 在 4 0 0 8 4 4和 4 0 0 8 4 5 两个寄存器中， 进行减法比较， 差寄存在 4 0 0 8 4 6 里， 输出 0 0 1 4 4 4 ， 再与 1 5 做 比较， 大于时， 输出0 0 1 4 4 5 ， 正常值在 0 ～ 8之间， 就认为 刮板 斜链 ，在 上位 机 上显示 报 警并停 车 。断链 0 0 1 5 0 1 产生 0 ．0 5 s 的短 脉冲 ， 0 0 1 5 0 2产生 5 s的长 脉 冲， 分别存储在 4 0 0 8 5 3 和 4 0 0 8 5 4两个寄存器中， 再 做减法 比较 ， 4 0 0 8 5 3小于 4 0 0 8 5 4时 ，在上位机上显 示断链报警并停车。 8 结论 本文的刮板机故障诊 断系统在南 屯煤矿选煤厂 的刮板机保护应用中， 取得了十分 良好的效果 。自从 使用本系统以来 ， 3个月 中 2 4条刮板共发生 5 2次跳 链事故 ， 本监控系统无一漏报和误报 ， 由于跳链事故 发生后系统能使刮板机立刻停车 ，报警和保护非常 及时，避免了因跳链后事故处理不及时造成的断链 事故 的发生。本系统在为实现企业安全生产 ， 提高企 业 自动化水平，节省设备维护费用方面有着重要的 现实意义， 在工矿企业有着重要的推广应用价值。 参考文献 [ 1 】陈宇， 刘文龙． 铸石槽箱刮板运输机跳链故障的监控． 设备 管理与 维修， 2 0 0 6 1 2 ． [ 2 】赵耘． 矿用刮板机断链事故分析与预防． 煤矿机械， 2 0 0 2 6 ． [ 3 】 马立军， 张久晨． 运煤刮板机故障前馈监测系统． 电工技 术 2 0 0 2 1 1 ． 【 4 】 M O D I C O N 系统手册， 9 8 4 收稿 日期 2 0 1 3 1 2 2 上 接 第 9 9页 果 良好 ， 降温效果如表 l 所示 ， Z L F 一 4 5 0矿用制冷装 置具有能效比高 、 故障率低 、 自动化程度高的特点， 各项技术指标均达到了设计要求 ，大大改善 了作业 人员的T作环境， 提高了工作效率， 减少了安全事故 的发生。 表 1 3 3 0 1 工作面制冷效果对 比 位 置 安 季 安 季 温 度 下 1j]豆 温 度 ℃ 温 度 ℃ 媪 J蔓 悻 1 理提供了成功经验，同时对开采条件相近的工作面 有很好的借鉴和参考价值。 参考文献 ⋯济宁矿业集团阳城煤矿． 深井大倾角超长综放工作面开采 技 术研 究技 术报告 [ R 】 ． 2 0 1 1 5 5 6 3 ． [ 2 ] 陈安国． 矿井热害产生的原因、 危害及防治措施[ J 】 ． 中国安 全科学学报 ， 2 0 0 4 4 3 6 ． [ 3 ]张书生． 赵楼煤矿高温热害防治研究与实践[ J 】 ． 煤炭学报， 2 0 1 1 3 6 1 01 1 o 4 ． 3 结论 作者简介 井下制冷技术在阳城煤矿 3 3 0 1 工作面的成功 应用， 有效大改善了作业人员的工作环境， 提高了T 作效率 ， 减少了安全事故的发生， 为阳城煤矿热害治 1 03 沈建波 1 9 8 1 ． 7 一 ， 男， 山东邹城人 ， 采矿工程研究生， 阳 城煤矿生产技术部技术员， 从事采矿工程技术管理工作。 收稿 日期 2 O l 3 一 l 1 4
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