本发明涉及碎煤机运行的监控领域，具体为一种基于plc的碎煤机监测系统及监测方法。
背景技术：
碎煤机是电厂、洗煤厂运输系统中的关键大型设备，它的运行工作状态对生产有重要影响。原煤由皮带送入碎煤机，转子轴带动环锤旋转撞击煤块，碎煤经磨煤机制成煤粉。由于碎煤机功率和负载很大，其工作现场的振动、噪音和粉尘污染严重，运行人员很难长期在碎煤机旁监测其工作状态。
在煤矿的输煤系统碎煤机运行期间，通常由于机械磨损经常出现转子振动大、轴承温度高等故障，原有碎煤机监测系统采用单片机技术，抗干扰能力差，使用时间长，故障率高，已无法实施对碎煤机振动、温度情况实时监测，只能依靠设备维护人员现场采用温度检测仪、测振仪对设备进行测量，这些测量不仅不能实现自动化，而且人工的测量，频率达不到标准，所以为了能够实时监测温度、振动数据，便于分析振动频谱，提供现场第一手故障诊断资料，很有必要对碎煤机监测系统进行改造。
技术实现要素：
本发明为了解决原有碎煤机监测系统存在的诸多问题，提供了一种基于plc的碎煤机监测系统及监测方法。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种基于plc的碎煤机监测系统，包括数据采集模块、数据转换模块以及数据处理模块，所述数据采集模块包括温度传感器和振动传感器，所述数据转换模块包括信号调理器及a/d转换器，所述数据处理模块包括计算机及plc控制单元；设定碎煤机有n台，针对每一台碎煤机，所述温度传感器数量为两个，用于实时对转子的两个轴承进行温度测量并传输数据；所述振动传感器的数量为四个，其中两个设置于左轴承的水平和垂直位置来测定水平、垂直端振动值数据，另外两个设置于右轴承的水平和垂直位置来测定水平、垂直端振动值数据；所述温度传感器和振动传感器所测得的数据经由信号调理器、a/d转换器处理后分别传输到plc控制单元和计算机；所述plc控制单元包括有多向选择开关模块、im口、启停输入端口、plc定时器及6个数字量输入口，每台碎煤机的启动按钮与停止按钮与plc控制单元的启停输入端口连接，所述im口与多向选择开关模块连接，所述多向选择开关模块用于选择采样哪一台碎煤机的信号；每台碎煤机的两个温度传感器及四个振动传感器所采集到的数据经由信号调理器及a/d转换器后输入plc控制单元的6个数字量输入口，且在n-1台碎煤机数字量的输入线路上设有二极管，二极管的方向为向正向输入plc控制单元的数字量输入口，剩余的一台碎煤机数字量的输入线路上不用设置二极管，且直接输入plc控制单元的数字量输入口；每台碎煤机经过处理后的数据还输入计算机，所述计算机内还安装有频谱分析软件。
本发明所设计的基于plc的碎煤机监测系统的工作原理为：在多台碎煤机工作时，采用plc控制单元控制采样哪台碎煤机以及采样转换频率，然后温度传感器和振动传感器采集碎煤机的温度和振动数据，并经过信号调理器、a/d转换器传输至plc控制单元和计算机进行数据处理，plc将输入数据与标准值比较后执行报警、停机指令，同时a/d转换器将数据传输到计算机后，计算机存储数据并经相应数字信号处理软件处理后绘制频谱曲线，与数据库中的正常频谱比较，诊断系统故障；为了避免多台碎煤机传输数据时可能存在寄生电路的问题，在系统输入电路中采用了二极管隔离的分组输入法，在n-1台碎煤机输出数据的a/d转换器商品都增加了二极管隔离。基于plc的碎煤机监测系统的监测方法：包括如下步骤：
①n台碎煤机启动，将启动信号输入至plc控制单元的im口；
②plc控制单元的多向选择开关模块，在满足时域采样定理的基础上，设定多向选择开关模块的多向开关转换时间间隔t，t取0.02s，进行多台碎煤机的顺序采样；
③当转换到任意一台碎煤机时，温度传感器采集碎煤机转子两个轴承处的温度数据，经由信号调理器及a/d转换器后，输入plc控制单元的两个数字量输入口；振动传感器采集左、右轴承的水平和垂直位置来测定水平、垂直端振动值数据，经由信号调理器及a/d转换器后，输入plc控制单元的剩余四个数字量输入口；同时这些数据还同时传入计算机；
④计算机存储数据，经过相应的数字频谱分析软件处理后绘制温度、振动频谱曲线，与数据库中的正常频谱比较，诊断系统故障；
⑤当温度数据测量超过80℃，plc控制单元标记并输出报警显示，并停机；当振动数据超过0.15mm时，plc控制单元标记并报警，超过0.25mm时标记并停机。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种基于plc的碎煤机监测系统及监测方法，通过监测系统的投入实际中使用，一年中多次有效的监测到转子及液力偶合器故障，避免转子及液力耦合器的严重损坏，节约检修成本2万余元，间接成本10万余元；温度传感器换成非接触式的红外传感器，传感器损坏率大幅减低，由检修周期原来的每月4次降低到每月1次，节约了大量成本，而且维修工艺简单，传感器可靠增强；同时通过采用二极管隔离的分组输入法改造后的系统可控制多台碎煤机，保证监测系统正常运行；采用的频谱分析软件，可以对监测数据进行记录并绘制时间-振幅曲线，频谱曲线，能够准确定位故障点，为设备故障分析诊断提供依据。
附图说明
图1为本发明的结构模块连接图。
图2为本发明具体实施例的输入电路图。
图3为本发明具体实施例的plc控制单元的输入输出接口表格。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种基于plc的碎煤机监测系统，如图1和图2所示：包括数据采集模块、数据转换模块以及数据处理模块，所述数据采集模块包括温度传感器和振动传感器，所述数据转换模块包括信号调理器及a/d转换器，所述数据处理模块包括计算机及plc控制单元；设定碎煤机有n台，针对每一台碎煤机，所述温度传感器数量为两个，用于实时对转子的两个轴承进行温度测量并传输数据；所述振动传感器的数量为四个，其中两个设置于左轴承的水平和垂直位置来测定水平、垂直端振动值数据，另外两个设置于右轴承的水平和垂直位置来测定水平、垂直端振动值数据；所述温度传感器和振动传感器所测得的数据经由信号调理器、a/d转换器处理后分别传输到plc控制单元和计算机；所述plc控制单元包括有多向选择开关模块、im口、启停输入端口、plc定时器及6个数字量输入口，每台碎煤机的启动按钮与停止按钮与plc控制单元的启停输入端口连接，所述im口与多向选择开关模块连接，所述多向选择开关模块用于选择采样哪一台碎煤机的信号；每台碎煤机的两个温度传感器及四个振动传感器所采集到的数据经由信号调理器及a/d转换器后输入plc控制单元的6个数字量输入口，且在n-1台碎煤机数字量的输入线路上设有二极管，二极管的方向为向正向输入plc控制单元的数字量输入口，剩余的一台碎煤机数字量的输入线路上不用设置二极管，且直接输入plc控制单元的数字量输入口；每台碎煤机经过处理后的数据还输入计算机，所述计算机内还安装有频谱分析软件。
本实施例中，所述温度传感器为非接触式的红外测温传感器；所述碎煤机有两台，所述多向选择开关模块为双向选择开关；所述频谱分析软件为labview；所述a/d转换器选用的是ads1216的8通道24位转换器；所述plc控制单元为s7-200，包含有14个数字量输入。本实施例中的的输入与输出信号接口如图3表格所示。
本实施例所涉及的监测系统的监测方法，图2为a碎煤机和b碎煤机与plc控制单元的接法，具体如下：
①两台碎煤机启动，将启动信号输入至plc控制单元的im口；
②plc控制单元的多向选择开关模块，也就是双向选择形状，在满足时域采样定理的基础上，设定双向开关转换时间间隔t，t取0.02s，进行两台碎煤机的顺序采样：当监测系统监测a碎煤机轴承运行温度振动值，双向选择开关由a碎煤机启动信号控制切换到a路，开始对碎煤机运行时轴承数据进行监测；同理对b碎煤机监测，b碎煤机启动信号控制双向选择开关切换到b路进行监测；
③温度传感器采集碎煤机转子两个轴承处的温度数据，经由信号调理器及a/d转换器后，输入plc控制单元的两个数字量输入口；振动传感器采集左、右轴承的水平和垂直位置来测定水平、垂直端振动值数据，经由信号调理器及a/d转换器后，输入plc控制单元的剩余四个数字量输入口；同时这些数据还同时传入计算机；保证plc可以在不同时段采集到碎煤机a、b的温度、振动数据，由程序对a、b两台碎煤机数据进行处理；在此系统中a的输入电路采用了二极管隔离的分组输入法，开关sa由定时器控制分别切换到a、b两路输入数据，此电路二极管的作用是避免产生寄生电路，保证信号的正确输入；如图2所示，奇数图标表示a碎煤机，偶数图标表示b碎煤机；
④计算机存储数据，经过相应的labview软件处理后绘制温度、振动频谱曲线，与数据库中的正常频谱比较，诊断系统故障；
⑤当温度数据测量超过80℃，plc控制单元标记并输出报警显示，并停机；当振动数据超过0.15mm时，plc控制单元标记并报警，超过0.25mm时标记并停机。
本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种基于plc的碎煤机监测系统，其特征在于：包括数据采集模块、数据转换模块以及数据处理模块，所述数据采集模块包括温度传感器和振动传感器，所述数据转换模块包括信号调理器及a/d转换器，所述数据处理模块包括计算机及plc控制单元；设定碎煤机有n台，针对每一台碎煤机，所述温度传感器数量为两个，用于实时对转子的两个轴承进行温度测量并传输数据；所述振动传感器的数量为四个，其中两个设置于左轴承的水平和垂直位置来测定水平、垂直端振动值数据，另外两个设置于右轴承的水平和垂直位置来测定水平、垂直端振动值数据；所述温度传感器和振动传感器所测得的数据经由信号调理器、a/d转换器处理后分别传输到plc控制单元和计算机；
所述plc控制单元包括有多向选择开关模块、im口、启停输入端口、plc定时器及6个数字量输入口，每台碎煤机的启动按钮与停止按钮与plc控制单元的启停输入端口连接，所述im口与多向选择开关模块连接，所述多向选择开关模块用于选择采样哪一台碎煤机的信号；每台碎煤机的两个温度传感器及四个振动传感器所采集到的数据经由信号调理器及a/d转换器后输入plc控制单元的6个数字量输入口，且在n-1台碎煤机数字量的输入线路上设有二极管，二极管的方向为向正向输入plc控制单元的数字量输入口，剩余的一台碎煤机数字量的输入线路上不用设置二极管，且直接输入plc控制单元的数字量输入口；
每台碎煤机经过处理后的数据还输入计算机，所述计算机内还安装有频谱分析软件。
2.根据权利要求1所述的一种基于plc的碎煤机监测系统，其特征在于：所述温度传感器为非接触式的红外测温传感器。
3.根据权利要求1所述的一种基于plc的碎煤机监测系统，其特征在于：所述碎煤机有两台，所述多向选择开关模块为双向选择开关。
4.根据权利要求1所述的一种基于plc的碎煤机监测系统，其特征在于：所述频谱分析软件为labview。
5.根据权利要求1所述的一种基于plc的碎煤机监测系统，其特征在于：所述a/d转换器选用的是ads1216的8通道24位转换器。
6.根据权利要求1所述的一种基于plc的碎煤机监测系统，其特征在于：所述plc控制单元为s7-200，包含有14个数字量输入。
7.权利要求1所述的一种基于plc的碎煤机监测系统的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
①n台碎煤机启动，将启动信号输入至plc控制单元的im口；
②plc控制单元的多向选择开关模块，在满足时域采样定理的基础上，设定多向选择开关模块的多向开关转换时间间隔t，t取0.02s，进行多台碎煤机的顺序采样；
③当转换到任意一台碎煤机时，温度传感器采集碎煤机转子两个轴承处的温度数据，经由信号调理器及a/d转换器后，输入plc控制单元的两个数字量输入口；振动传感器采集左、右轴承的水平和垂直位置来测定水平、垂直端振动值数据，经由信号调理器及a/d转换器后，输入plc控制单元的剩余四个数字量输入口；同时这些数据还同时传入计算机；
④计算机存储数据，经过相应的数字频谱分析软件处理后绘制温度、振动频谱曲线，与数据库中的正常频谱比较，诊断系统故障；
⑤当温度数据测量超过80℃，plc控制单元标记并输出报警显示，并停机；当振动数据超过0.15mm时，plc控制单元标记并报警，超过0.25mm时标记并停机。
技术总结