基于PLC技術(shù)的皮帶機(jī)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

韓晨光

(山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司東曲煤礦，山西 太原 030200)

0 引 言

皮帶機(jī)屬于一種非常重要的煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸設(shè)備，皮帶機(jī)人工操作簡單，自動(dòng)化程度較高，應(yīng)用范圍非常廣泛。但是，在煤礦井下作業(yè)過程中，皮帶機(jī)所面臨的工作條件復(fù)雜，井下作業(yè)環(huán)境惡劣，實(shí)際運(yùn)行中要求設(shè)置許多檢測(cè)點(diǎn)，日常維護(hù)工作量大，而且實(shí)際檢測(cè)精度要求較高，人工方式檢驗(yàn)或僅靠經(jīng)驗(yàn)對(duì)故障進(jìn)行排查會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)工作出現(xiàn)紕漏，尤其對(duì)于長距離的運(yùn)輸設(shè)備人工檢測(cè)存在較大困難，皮帶機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)事故造成的損失都比較大。

筆者根據(jù)實(shí)際需求開發(fā)適應(yīng)于煤礦企業(yè)皮帶監(jiān)測(cè)及保護(hù)系統(tǒng)，全方位對(duì)皮帶運(yùn)行情況加以監(jiān)測(cè)與保護(hù)，是降低皮帶機(jī)安全事故、保護(hù)作業(yè)人員人身與財(cái)產(chǎn)安全的重要途徑。

1 皮帶機(jī)常見故障及影響

1.1 皮帶打滑

皮帶輸送設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的主要?jiǎng)恿碓礊槠Ш蜐L筒部件間所產(chǎn)生的摩擦力作用。在皮帶輸送設(shè)備實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中，若是出現(xiàn)打滑問題，會(huì)導(dǎo)致皮帶輸送設(shè)備運(yùn)行不正常，進(jìn)一步導(dǎo)致皮帶發(fā)生斷裂或者由于滾筒部件溫度升高發(fā)生火災(zāi)事故[1]。

1.2 皮帶撕裂

皮帶輸送設(shè)備尾部位置的皮帶較易出現(xiàn)撕裂，引起撕裂的主要因素是由于此位置存在物料下落工序，若物料顆粒有突起或有棱角，極易扎破皮帶。隨后很多物料顆粒便會(huì)由破損部位下落至架子結(jié)構(gòu)或者是托輥部件之上，使皮帶受到一定壓力以及劃擦作用，長期作用下會(huì)加深皮帶劃擦痕跡，使皮帶撕裂。

1.3 皮帶跑偏

皮帶跑偏一般是物料輸送過程中，由于給料時(shí)方位不正或者是皮帶老化等，導(dǎo)致皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)中心線未處于中間位置，出現(xiàn)了一定偏移。目前，不少的皮帶輸送設(shè)備自身帶有防跑偏裝置，即便如此，在其運(yùn)行階段，依舊會(huì)受到各種外界因素影響出現(xiàn)跑偏事故。當(dāng)出現(xiàn)跑偏問題時(shí)，將使皮帶和機(jī)架間產(chǎn)生較大摩擦，皮帶破損，也極易導(dǎo)致皮帶出現(xiàn)撕裂問題[2]。

1.4 火災(zāi)事故

皮帶輸送設(shè)備之所以會(huì)發(fā)生火災(zāi)事故，主要受到三方面原因影響：①滾筒部件出現(xiàn)打滑；②托輥部件超出限定范圍；③存在外界火源等，出現(xiàn)上述問題，會(huì)導(dǎo)致滾筒部件溫度顯著升高，最終導(dǎo)致皮帶發(fā)生火災(zāi)[3]。

1.5 堆料問題

物料輸送時(shí)，因受到木料或者是其他雜物的堵塞影響，使皮帶運(yùn)輸設(shè)備的頭部位置出現(xiàn)堆料問題。若是堆料嚴(yán)重，可能會(huì)使皮帶撕裂。所以，必須采取措施有效防止堆料問題發(fā)生。

2 基于PLC技術(shù)的皮帶機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 基于PLC技術(shù)的皮帶機(jī)裝填監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于PLC技術(shù)的皮帶機(jī)裝填監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。利用本安攝像設(shè)備，收集輸送設(shè)備尾部位置以及頭部位置實(shí)時(shí)圖像信息，利用交換機(jī)裝置將相關(guān)信息輸送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)設(shè)備中。溫度、帶速以及張力等傳感裝置利用系統(tǒng)中設(shè)置的智能儀表將所采集的信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量信號(hào)，通過PLC裝置中的接口輸送至PLC中。電子秤是利用總線將所采集信息輸送至PLC裝置中。轉(zhuǎn)速、振動(dòng)等感應(yīng)裝置所采集的數(shù)據(jù)信息則是利用輸入模塊輸送至PLC裝置中。PLC裝置收到所采集的各種信息后，把相應(yīng)的信號(hào)信息借助于通信模塊以及交換機(jī)裝置等輸送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)設(shè)備中[4]。此時(shí)，這些信息便能夠在顯示設(shè)備中顯示出來，同時(shí)還能獲得相應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)曲線以及趨勢(shì)變化曲線，可以針對(duì)特定信息生成報(bào)表。如果設(shè)備某位置出現(xiàn)故障，設(shè)計(jì)此時(shí)監(jiān)控計(jì)算機(jī)設(shè)備顯示屏上便會(huì)出現(xiàn)報(bào)警窗口，而且也會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。

圖1 基于PLC技術(shù)的皮帶機(jī)裝填監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 主要傳感裝置設(shè)計(jì)

2.2.1轉(zhuǎn)速、帶速傳感裝置布設(shè)

轉(zhuǎn)速、帶速傳感裝置布設(shè)示意圖如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)速、帶速傳感裝置布設(shè)示意圖

若想確保準(zhǔn)確的判斷打滑故障，必須采集滾筒線速度信息，應(yīng)當(dāng)在驅(qū)動(dòng)滾筒的主軸之上設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)速傳感裝置。在距驅(qū)動(dòng)滾筒部件遠(yuǎn)距離位置，改向滾筒同樣能夠反映出皮帶具體運(yùn)行情況，因此，在此位置同樣設(shè)置轉(zhuǎn)速傳感裝置。由于皮帶輸送設(shè)備發(fā)生上皮帶斷帶事故概率較大，因此，將帶速傳感裝置較多的布設(shè)在上皮帶位置，在下皮帶位置驅(qū)動(dòng)滾筒處同樣設(shè)置帶速傳感裝置，此裝置主要作用是為能夠提供一定的參考信息。設(shè)置的帶速傳感裝置如果不斷增多，對(duì)于皮帶故障判斷也會(huì)更為精準(zhǔn)，但是，此時(shí)進(jìn)行布線及維護(hù)便存在較大困難，而且也導(dǎo)致成本增多，因此，此次設(shè)計(jì)的帶速傳感裝置只有三個(gè)[5]。

2.2.2縱向撕裂開關(guān)的布設(shè)

縱向撕裂開關(guān)選擇中，采用型號(hào)為KPJ1A型開關(guān)，此開關(guān)裝置能夠應(yīng)用在一些甲烷氣體以及煤塵等易爆物質(zhì)中。由于當(dāng)撕裂問題很多時(shí)候出現(xiàn)在一些物料下落位置處，所以，設(shè)置KPJ1A型開關(guān)裝置應(yīng)安裝于落料口位置處。

2.2.3跑偏開關(guān)的布設(shè)

將跑偏開關(guān)裝置設(shè)置在頭部位置及尾部位置的兩側(cè)，確保跑偏開關(guān)和皮帶輸送設(shè)備中皮帶存在相應(yīng)距離，另外要求所安裝的跑偏開關(guān)裝置中擺角設(shè)定限值需要超過二級(jí)跑偏限值，能夠保障皮帶輸送設(shè)備在發(fā)生二級(jí)跑偏問題情況下依舊可運(yùn)轉(zhuǎn)。跑偏開關(guān)的布設(shè)示意圖如圖3所示。

圖3 跑偏開關(guān)的布設(shè)示意圖

2.2.4煙霧開關(guān)的布設(shè)

要想防止炮煙影響煙霧開關(guān)裝置，安裝煙霧開關(guān)裝置時(shí)要確保開關(guān)應(yīng)當(dāng)避開炮煙所經(jīng)過范圍。設(shè)置于皮帶輸送設(shè)備下風(fēng)口位置并且保證煙霧開關(guān)裝置間隔距離在50～100 m范圍，設(shè)置時(shí)要求應(yīng)當(dāng)盡可能避免設(shè)置在煤塵濃度較大區(qū)域，盡可能避免設(shè)置在轉(zhuǎn)載機(jī)設(shè)備附近[6]。

2.2.5堆煤開關(guān)的布設(shè)

堆煤開關(guān)應(yīng)當(dāng)選用本質(zhì)安全型開關(guān)，將其懸吊在物料下落位置，將金屬材質(zhì)的桿體或者鏈條懸掛于堆煤開關(guān)電極上，確保所懸掛或金屬材質(zhì)鏈條保持垂直，具體的長度依據(jù)實(shí)際情況適宜調(diào)整，然后利用導(dǎo)線把裝置的外殼結(jié)構(gòu)接地處理[7]。

2.2.6急停開關(guān)的布設(shè)

急停開關(guān)裝置選用同樣為本質(zhì)安全型，此開關(guān)裝置能夠應(yīng)用在一些存在甲烷氣體以及煤塵等易爆物質(zhì)中。所設(shè)置的急停開關(guān)裝置沿著皮帶長度方向上間隔特定的距離進(jìn)行特定布設(shè)，在操作人員日常維護(hù)檢查中，若是出現(xiàn)了一些緊急狀況，則能夠操作急停開關(guān)裝置，確保皮帶運(yùn)輸設(shè)備能夠完成急停操作。

3 具體應(yīng)用效果

東曲煤礦應(yīng)用皮帶機(jī)監(jiān)測(cè)以及保護(hù)系統(tǒng)后，皮帶機(jī)大量巡檢工作通過PLC自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成，使皮帶機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行程度進(jìn)一步得到提升，實(shí)現(xiàn)了對(duì)皮帶機(jī)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，保障了皮帶機(jī)設(shè)備事故概率得以最大程度減小[8]。東曲煤礦在應(yīng)用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之前，皮帶機(jī)設(shè)備平均每月故障問題而導(dǎo)致停產(chǎn)時(shí)間達(dá)到3 h左右，應(yīng)用了皮帶機(jī)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)后，至今還未發(fā)生過安全事故，確保實(shí)現(xiàn)事前監(jiān)測(cè)的目標(biāo)一旦出現(xiàn)安全隱患及時(shí)采取有效措施加以預(yù)防，為煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。

4 結(jié) 語

東曲煤礦應(yīng)用皮帶機(jī)監(jiān)測(cè)以及保護(hù)系統(tǒng)推動(dòng)了企業(yè)由粗放型管理逐步向集約型管理發(fā)展，這對(duì)企業(yè)生產(chǎn)效率進(jìn)一步提升發(fā)揮作用。當(dāng)皮帶機(jī)設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，皮帶機(jī)監(jiān)測(cè)以及保護(hù)系統(tǒng)能夠更為精準(zhǔn)的找出故障具體位置，不僅有效減輕了維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，有效的改善了巡檢維護(hù)人員的作業(yè)環(huán)境，為皮帶輸送設(shè)備的安全運(yùn)行做出了重要貢獻(xiàn)。