煤礦皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)保護(hù)控制裝置的設(shè)計(jì)方案研究

李愛軍

（西山煤電西曲礦綜采二隊(duì)，山西　古交　030200）

引言

能源消耗量的增加加速了我國(guó)煤礦企業(yè)的發(fā)展，各煤礦企業(yè)也加大了煤礦的開采力度。煤礦開采量的增加使得其對(duì)皮帶機(jī)運(yùn)輸能力的可靠性和安全性提出了更高要求。為保障開采工作的順利進(jìn)行，必須對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)的輸送系統(tǒng)設(shè)置保護(hù)控制裝置來(lái)實(shí)施全方位的監(jiān)控和管理，保障皮帶運(yùn)輸機(jī)工作的正常進(jìn)行。本文設(shè)計(jì)了一種煤礦皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)的保護(hù)裝置，其設(shè)計(jì)主要是基于西門子S7-200為主控單元[1]，來(lái)保障皮帶機(jī)在工作過(guò)程中出現(xiàn)的打滑、跑偏、超溫、煙霧、縱撕等工作故障。該系統(tǒng)通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用證明可以實(shí)現(xiàn)其對(duì)皮帶機(jī)運(yùn)輸過(guò)程中的故障保護(hù)，提高煤礦機(jī)械運(yùn)行的自動(dòng)化水平。

1　新型煤礦皮帶保護(hù)裝置簡(jiǎn)介

新型煤礦皮帶保護(hù)裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的CPU型號(hào)為CPU224XP，是西門子S7-200PLC系列產(chǎn)品。該CPU存儲(chǔ)器用戶程序大小運(yùn)行模式下編輯12 288字節(jié)，用戶數(shù)據(jù)10 240字節(jié)，掉電時(shí)間為100小時(shí)/典型值，可選電池200天/典型值，共有6個(gè)高速計(jì)算器，脈沖輸出為2個(gè)100 kHz（限于DC輸出）[2]。是當(dāng)前市場(chǎng)上運(yùn)算速度非?？?、安全可靠性也非常高的一款CPU，可以用做控制復(fù)雜程序的控制系統(tǒng)。該保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)主要是保護(hù)傳感器，檢測(cè)電路，A/D轉(zhuǎn)換電路等組成，如圖1所示。在皮帶運(yùn)輸機(jī)尾部位安裝接口箱，用于機(jī)尾的通話、閉鎖、機(jī)尾跑偏的接入。

2　新型煤礦皮帶機(jī)保護(hù)裝置的顯示與控制系統(tǒng)分析

該保護(hù)控制裝置的整個(gè)系統(tǒng)包括電源和變壓器部分及起主控作用的DSP部分和起控制顯示作用的單片機(jī)。其中DSP部分用于數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算和處理，通過(guò)接收到的傳感器信號(hào)分析皮帶存在的故障，并根據(jù)預(yù)設(shè)指令調(diào)整控制皮帶機(jī)的狀態(tài);單片機(jī)用于接收用戶所設(shè)置的參數(shù)、顯示皮帶機(jī)的狀況及與DSP進(jìn)行通信[3]。

3　新型煤礦皮帶機(jī)保護(hù)裝置傳感器布置設(shè)計(jì)方案分析

3.1　跑偏保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

跑偏保護(hù)的作用是當(dāng)輸送帶在一定程度內(nèi)跑偏時(shí)能夠使輸送機(jī)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)停機(jī)。該保護(hù)裝置將跑偏保護(hù)問(wèn)題分為為一級(jí)和二級(jí)，一級(jí)跑偏時(shí)保護(hù)裝置進(jìn)行報(bào)警處理，二級(jí)跑偏時(shí)保護(hù)裝置進(jìn)行停機(jī)處理[4]。跑偏裝置由支架、立輥、微動(dòng)開關(guān)、凸輪、凹輪、復(fù)位彈簧、底座等組成。在運(yùn)輸過(guò)程中當(dāng)跑偏檢測(cè)器與立輥接觸時(shí)，通過(guò)檢測(cè)立輥偏移的角度來(lái)進(jìn)行一級(jí)和二級(jí)的區(qū)分，12°內(nèi)的偏移為一級(jí)跑偏問(wèn)題，大于12°小于25°的偏移為一級(jí)跑偏問(wèn)題

3.2　煙霧保護(hù)及自動(dòng)灑水裝置的設(shè)計(jì)

摩擦?xí)?dǎo)致打滑處的溫度升高，從而產(chǎn)生各類煙霧，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)火災(zāi)事故。本保護(hù)裝置采用的GQQ5礦用本安型煙霧傳感器[5]，并配有獨(dú)立的RFMH型熱敏式超溫自動(dòng)灑水裝置。在出現(xiàn)火災(zāi)后可自行進(jìn)行滅火處理工作。GQQ5礦用本安型煙霧傳感器采用氣敏型探頭元件，靈敏、可靠、無(wú)誤動(dòng)作，可檢測(cè)到≥0.1mg/m3的煙霧濃度，并實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)煙霧保護(hù)。

3.3　堆煤保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

本裝置的設(shè)計(jì)為制作150mm×90mm大小的電路板，并選擇合適的電阻、電容和變壓器，在符合井下條件的情況下進(jìn)行安裝調(diào)試，將其安裝在機(jī)頭控制箱內(nèi)，探極線引到機(jī)頭。本裝置制作簡(jiǎn)單，安裝方便，很大程度上保護(hù)了皮帶撕裂事故的發(fā)生。從最近的運(yùn)行情況來(lái)看，效果明顯。

3.4　撕裂保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

撕裂保護(hù)裝置的作用在于當(dāng)皮帶機(jī)的膠帶發(fā)生撕裂故障時(shí)，對(duì)其進(jìn)行停機(jī)保護(hù)，盡力減小其對(duì)膠帶的影響。本保護(hù)裝置中，使用的是高精度視覺(jué)傳感器，可以準(zhǔn)確的定位膠帶出現(xiàn)的裂縫位置。當(dāng)運(yùn)行過(guò)程膠帶出現(xiàn)裂縫，保護(hù)裝置的控制系統(tǒng)就會(huì)輸出跳閘信號(hào)，進(jìn)行報(bào)警處理，并提示工作人員采取進(jìn)一步措施。

3.5　速度保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

本速度保護(hù)裝置主要由觸輪、脈沖盤、電子脈沖開關(guān)、殼體和拉簧等組成。觸輪隨膠帶運(yùn)行而帶動(dòng)內(nèi)部的脈沖盤，在脈沖盤旋轉(zhuǎn)時(shí)傳感器的磁感應(yīng)信號(hào)輸入到控制電路中，經(jīng)放大、整形后進(jìn)行計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)值與預(yù)置數(shù)比較，判斷膠帶的帶速，從而得出相應(yīng)的運(yùn)行速度，執(zhí)行相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)示意圖如圖2所示。

4　皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)保護(hù)控制裝置功能的實(shí)現(xiàn)

在皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)保護(hù)控制裝置中，其各種功能的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)以下方式進(jìn)行。第一，全方面的自動(dòng)檢測(cè)和監(jiān)控功能可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)其啟動(dòng)及運(yùn)輸功能。第二，手動(dòng)控制功能。在保護(hù)控制裝置中還保留了手動(dòng)控制裝置來(lái)應(yīng)對(duì)相應(yīng)緊急情況的人工操控。第三，溫度保護(hù)功能。通過(guò)溫度預(yù)警值的設(shè)定來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶機(jī)的運(yùn)行保護(hù)功能。第四，通過(guò)檢測(cè)皮帶機(jī)推動(dòng)了運(yùn)行速度實(shí)現(xiàn)了其安全保護(hù)功能。另外還實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料的堆料保護(hù)功能、CO濃度的保護(hù)功能等[6-7]。

圖2　速度保護(hù)裝置的現(xiàn)場(chǎng)示意圖

5　結(jié)語(yǔ)

針對(duì)煤礦皮帶機(jī)的運(yùn)輸特點(diǎn)以及運(yùn)行工礦，設(shè)計(jì)的綜合保護(hù)控制裝置可以實(shí)現(xiàn)其信息融合與自動(dòng)調(diào)節(jié)保護(hù)的功能。該皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)保護(hù)控制裝置經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的應(yīng)用，能起到保護(hù)控制的效果，提高了皮帶機(jī)運(yùn)行工作的安全性與穩(wěn)定性，是當(dāng)前大型煤礦自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中的必備裝置，可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。

[1]翟冠男.煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2017（9）：103-104；139.

[2]況旭.煤礦生產(chǎn)中PLC控制在皮帶保護(hù)中的應(yīng)用[J].河南科技，2014（18）：124-125.

[3]董軍，駱建營(yíng)，徐曉曉.PLC控制在皮帶保護(hù)中的應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化，2013（S1）：83-85.

[4]劉代建.基于PLC的管、皮帶運(yùn)輸機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（5）：42.

[5]竇巖.煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)斷帶保護(hù)電氣智能控制系統(tǒng)的研究[J].湖南農(nóng)機(jī)，2012，39（7）：69；71.

[6]李繼紅，苗運(yùn)江.基于PLC的礦用斷帶保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng)，2012（4）：105-107.

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