煤礦帶式輸送機在線實時監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

張美玲

（壽陽縣煤礦安全信息調(diào)度中心，山西壽陽045499）

1 引言

煤礦產(chǎn)業(yè)作為我國的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，隨著近年來煤礦工程安全事故的頻繁發(fā)生，如何通過對現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的有效利用，提高我國煤礦產(chǎn)業(yè)的施工安全性引起了社會各界的廣泛關(guān)注。帶式輸送機作為煤礦工程中的主要施工設(shè)備，由于其在使用的過程較易出現(xiàn)跑偏、打滑以及撕裂的故障，嚴(yán)重時還將引發(fā)安全事故。因此，有必要加強對煤礦帶式輸送機的在線實時監(jiān)測，才能在其出現(xiàn)異常時及時發(fā)出警報，降低安全事故的發(fā)生率。

2 帶式輸送機的工作原理及特點

2.1 工作原理

帶式輸送機也被稱為膠帶輸送機，其作為一種以摩擦驅(qū)動為基本原理的物料運輸器械，其主要由輸送帶、機架、滾筒、張緊裝置以及傳動裝置等組成[1]。從工作原理來看，帶式輸送機是由兩個端點的滾筒以及套在滾筒上的閉合輸送帶所組成，其中負責(zé)帶動傳動帶的滾筒為傳動滾筒，而另一個滾筒則主要負責(zé)實現(xiàn)對傳動帶運動方向的改變。被稱為改向滾筒，在傳動滾筒的驅(qū)動作用下，使傳動帶可以利用傳動滾輪與傳送帶之間的摩擦力而進行移動[2]。

2.2 特點

通過對帶式輸送機的特點進行分析，發(fā)現(xiàn)其作為煤礦工程中效率最高的運輸設(shè)備，相較于其他運輸設(shè)備，具有輸送距離長、輸送貨量大以及連續(xù)運輸穩(wěn)定性等主要特點，同時，帶式輸送機具有運行可靠的特點，可以有效實現(xiàn)自動化和集中化的控制，尤其是在高效的礦井工程當(dāng)中，帶式輸送機已經(jīng)成為煤炭開采機電一體化技術(shù)和裝備中的關(guān)鍵設(shè)備。實踐經(jīng)驗表明，不同于其他的輸送機類型，帶式輸送機的最大特點就是伸縮性，且設(shè)有儲帶倉，尾部可以隨著采煤工作面的推進而適當(dāng)?shù)纳扉L或縮短，且具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點，可以在不設(shè)置基礎(chǔ)的同時直接于巷道底板上鋪設(shè)，架構(gòu)輕巧，拆裝也十分簡便。

3 煤礦帶式輸送機的在線實時監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)檢測方案設(shè)計

本次研究主要以湖北省某礦井工程為例，該工程所使用的帶式輸送機型號為DTL120/150/3×200，其在使用的過程中經(jīng)常于驅(qū)動部分出現(xiàn)故障，而振動信號作為一個較為敏感的參數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)即將出現(xiàn)或已經(jīng)出現(xiàn)信號時，設(shè)備的振動信號參數(shù)也將發(fā)生異常改變。因此，本研究將振動信號作為評估輸送機是否出現(xiàn)異常的主要觀察指標(biāo)，使用電視傳感器對其進行信號采集。同時，轉(zhuǎn)子的磨損以及非平衡運轉(zhuǎn)也將導(dǎo)致設(shè)備的溫度出現(xiàn)異常，因此本研究將溫度作為另一個評估參數(shù)，并在程序上將其設(shè)計為一旦所設(shè)置的參考量超過了極限值，則立即采取停機的方式保護系統(tǒng)設(shè)備。

圖1 振動速度的監(jiān)測點布置圖

如圖1所示，本研究共設(shè)置了6個測量點，針對測量點的選擇通常選取距離承載部分最近的點作為測量點，其主要是因為該部位的點具有較高的敏感性，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行過程中出現(xiàn)的異常。

根據(jù)本研究所使用帶式輸送機的結(jié)構(gòu)，共計使用24個傳感器實現(xiàn)了對振動速度測量信號的采集，而采集的模擬量信號在經(jīng)過轉(zhuǎn)換后將會變?yōu)?～5V電壓信號，同時輸入到不同的電壓輸入模塊當(dāng)中。針對溫度點的測量則使用PT鉑熱電阻傳感器，分別使用電機的前軸以及后軸軸瓦部分進行測量，其主要是因為該區(qū)域的反應(yīng)敏感度相對較高。根據(jù)上述要求，本研究內(nèi)的帶式輸送機共計設(shè)置了4個不同的溫度檢測點，而輸出的電流則分別傳輸給4路模塊EM231。除此之外，還是需要使用開關(guān)模塊以此來實現(xiàn)對部分故障所引發(fā)停機的保護控制，設(shè)計連接形式見圖2。

圖2 模塊設(shè)計連接形式圖

可編程邏輯控制器電路在對信號進行計算以及分析的過程中，必須經(jīng)過有效的數(shù)字量處理，而這也要求必須利用電路擴展模塊的方式才能實現(xiàn)對振動信號以及溫度信號的綜合處理。

3.2 可編程邏輯控制器設(shè)計

本研究所使用的可編程邏輯控制器中的編程軟件為STEP7-Micro/WIN，通過對系統(tǒng)進行模擬量轉(zhuǎn)化以及危險警告等相關(guān)程序的編寫，分別對故障情況、工作畫面以及運行曲線等顯示窗口進行了設(shè)計，并為工作人員提供各類相應(yīng)的監(jiān)控和維修參考方案，具體計算流程為模擬量輸入信號、模擬量輸出信號、實際工程值以及狀態(tài)判斷，根據(jù)判斷的結(jié)果將其分為狀態(tài)正常和預(yù)警提示，而預(yù)警提示則包括聲音報警提示和系統(tǒng)停機，維修人員可以根據(jù)報警的程度不同，分別采取不同的方式進行故障排查和維修。

3.3 通信系統(tǒng)設(shè)計

由于煤礦工程的工作環(huán)境比較惡劣，因此為了確保信號傳遞的準(zhǔn)確性，本研究的監(jiān)控系統(tǒng)也采用了工業(yè)以太網(wǎng)以此來實現(xiàn)對通信數(shù)據(jù)的傳輸，減少了其他的信號干擾。同時，不同的距離所采取的通信方式也存在差異，針對距離小于500m的可以采用RS485總線實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的傳輸，而針對距離超過500m的則可以采用遠程光纖實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的傳輸。因此，本研究內(nèi)首先利用RS485實現(xiàn)與工程內(nèi)礦井下觸摸屏的對接，隨后使用光纖的形式利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)與地面的遠程監(jiān)控。

3.4 軟件設(shè)計

針對監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計，本研究利用組態(tài)軟件MCGS實現(xiàn)了對人機交互界面的有效設(shè)計，通過對窗口界面的設(shè)計以此來實現(xiàn)對故障警告值以及保護極限值的錄入，并以此來實現(xiàn)對礦井下帶式輸送機的有效動態(tài)監(jiān)測。其中，針對設(shè)備軟件的設(shè)置需要實現(xiàn)MCGS和可編程邏輯控制器的正常通信，而針對用戶窗口的設(shè)計則主要包括皮帶機的運行曲線、故障記錄以及報警彈窗等窗口，使使用者可以通過對此類窗口的利用，以此來密切監(jiān)測皮帶機的實際運行情況以及出現(xiàn)的故障類型?？梢园l(fā)現(xiàn)，通過對皮帶機實際運行狀態(tài)的跟蹤監(jiān)測，進一步證實了該系統(tǒng)可以有效展現(xiàn)出皮帶機的相關(guān)運行參數(shù)，并為故障的及時報警和處理，維護設(shè)備的安全運行產(chǎn)生了積極的影響。

4 結(jié)語

綜上所述，針對煤礦帶式輸送機的在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)當(dāng)以可編程邏輯控制器為主，通過其與傳感技術(shù)的結(jié)合，可以有效實現(xiàn)對皮帶運行過程中的振動以及溫度等參數(shù)采集，從而生成了運行狀態(tài)下的實時監(jiān)測工作參數(shù)和報告，使其在發(fā)生異常時可以及時發(fā)出警報，降低了設(shè)備的安全事故發(fā)生率。因此，各煤礦施工企業(yè)應(yīng)當(dāng)廣泛將該系統(tǒng)應(yīng)用于實踐操作中，以此來為工程的安全穩(wěn)定開展奠定良好的基礎(chǔ)。