皮帶機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究

李華梁

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四臺(tái)礦， 山西 大同 037007）

引言

皮帶機(jī)是煤礦井下物料運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，主要依靠驅(qū)動(dòng)滾筒和皮帶之間的摩擦力來(lái)帶動(dòng)皮帶的運(yùn)行，具有運(yùn)輸成本低、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，但由于輸送帶是一種黏彈性體結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)存在較大的能量沖擊，會(huì)導(dǎo)致皮帶在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)跑偏、撕裂、堆煤等，嚴(yán)重影響皮帶機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，特別是隨著皮帶機(jī)不斷朝著長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、高帶速方向發(fā)展，現(xiàn)有的輸送控制系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足運(yùn)行穩(wěn)定性的需求，因此迫切需要開(kāi)發(fā)一個(gè)新的控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)皮帶機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能調(diào)整，提高皮帶機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性。因此，本文在對(duì)皮帶機(jī)常見(jiàn)故障進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出建立一套新的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，并進(jìn)一步展開(kāi)分析。

1 皮帶機(jī)常見(jiàn)故障分析

對(duì)皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控的基礎(chǔ)是對(duì)皮帶機(jī)的故障類型及現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確分析，從而針對(duì)性地開(kāi)發(fā)監(jiān)測(cè)方案，提高監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和對(duì)故障判別的可靠性。本文對(duì)今年來(lái)皮帶機(jī)的故障處理記錄表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定了皮帶機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的主要故障主要分為以下幾個(gè)部分[1]：

1）皮帶的縱向撕裂。這主要是由于皮帶受力不均或者在外力作用下發(fā)生局部的斷裂，常見(jiàn)的為沿著皮帶運(yùn)行方向上的縱向撕裂，發(fā)生撕裂后會(huì)導(dǎo)致輸送帶的張力和外觀發(fā)生明顯的變化，因此通過(guò)對(duì)張力監(jiān)測(cè)和對(duì)外觀的視覺(jué)監(jiān)測(cè)即可判斷皮帶縱向撕裂的情況。

2）皮帶斷帶。皮帶斷帶一般是皮帶長(zhǎng)期磨損或者受力過(guò)大時(shí)沿著皮帶橫向發(fā)生的斷裂，一旦發(fā)生斷裂后皮帶的張力會(huì)降低，且輸送帶會(huì)沿著傾角快速下滑，物料散落等，因此通過(guò)張力監(jiān)測(cè)或者視覺(jué)監(jiān)測(cè)即可判斷皮帶是否發(fā)生了斷帶。

3）皮帶打滑。皮帶打滑主要是由于在某些特殊情況下導(dǎo)致皮帶和滾筒間的摩擦力減小進(jìn)而導(dǎo)致了皮帶的打滑，當(dāng)出現(xiàn)打滑后會(huì)導(dǎo)致在打滑區(qū)域皮帶溫度升高、輸送帶的張緊力降低、懸垂度下降，因此通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)、皮帶張力監(jiān)測(cè)即可確定是否發(fā)生了皮帶打滑。

4）皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障。皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障主要包括電機(jī)故障和驅(qū)動(dòng)滾筒故障，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障的判斷主要通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)電流、電壓、電機(jī)溫升情況的監(jiān)測(cè)進(jìn)行判定，而對(duì)驅(qū)動(dòng)滾筒故障的監(jiān)測(cè)主要通過(guò)其振動(dòng)情況和與皮帶接觸位置的溫升來(lái)判斷。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

為了滿足該皮帶機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)需求，結(jié)合皮帶機(jī)故障的表現(xiàn)情況，本文提出了一種新的皮帶機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括了監(jiān)控主站、監(jiān)測(cè)分站和巡檢分站構(gòu)成，其整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[2]。

由圖1 可知，該系統(tǒng)采用了分站監(jiān)測(cè)和巡檢監(jiān)測(cè)兩種模式[3]，分站監(jiān)測(cè)主要是在皮帶機(jī)的不同位置設(shè)置監(jiān)測(cè)傳感器，對(duì)皮帶的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶打滑、撕裂、跑偏的及時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。移動(dòng)巡檢分站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是利用移動(dòng)巡檢小車對(duì)皮帶機(jī)的周圍運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，確保輸送帶周圍的環(huán)境狀態(tài)和人員工作狀態(tài)滿足安全、可控的要求。

圖1 皮帶機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

同時(shí)該監(jiān)控系統(tǒng)可以將監(jiān)測(cè)分站和移動(dòng)分站的監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸?shù)奖O(jiān)控主站，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送運(yùn)行狀態(tài)的直接監(jiān)測(cè)和分析，同時(shí)能夠自動(dòng)對(duì)輸送帶的工況進(jìn)行調(diào)整，提高運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，降低在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障的概率。

3 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

皮帶機(jī)運(yùn)行的工況比較復(fù)雜，因此為了滿足系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的需求，該皮帶機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)需要在滿足運(yùn)行安全性的情況下提高其可靠性及快速更換能力，因此該控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)采用了模塊化的設(shè)計(jì)思路[4]，整個(gè)截割包括主控模塊（PLC控制器）、監(jiān)測(cè)分站模塊、移動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊等，其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示[5]。

圖2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2 可知，數(shù)據(jù)分析模塊是該控制系統(tǒng)的大腦，主要用于分析皮帶機(jī)運(yùn)行時(shí)的各類數(shù)據(jù)信息，對(duì)皮帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示在控制中心的數(shù)據(jù)終端上，同時(shí)控制人員也可以通過(guò)控制終端下達(dá)各類調(diào)節(jié)指令。PLC 控制器主要用于接收數(shù)據(jù)分析模塊的控制指令，然后完成對(duì)皮帶機(jī)運(yùn)行情況的直接控制，保證皮帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)滿足控制需求。監(jiān)測(cè)分站模塊主要是設(shè)置在皮帶機(jī)的固定位置上完成對(duì)皮帶跑偏情況、皮帶張力情況、堆煤情況的檢查，移動(dòng)監(jiān)測(cè)站主要是安置在移動(dòng)小車上，用于實(shí)時(shí)對(duì)溫度、煙霧、周圍環(huán)境空氣的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

該硬件系統(tǒng)采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式，能夠?qū)p壞的單元進(jìn)行快速更換，同時(shí)該模塊采用了標(biāo)準(zhǔn)接口，能夠快速地進(jìn)行拓展和數(shù)據(jù)交換，靈活性高、可靠性好。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)要求軟件的控制靈活性高，能夠滿足快速監(jiān)測(cè)、快速判斷的需求，因此軟件采用了STEP7應(yīng)用軟件編譯器[6]，軟件結(jié)構(gòu)包括了主控模塊和子程序模塊，各子程序模塊的控制邏輯對(duì)應(yīng)于各硬件模塊，子模塊之間的數(shù)據(jù)為獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，一個(gè)模塊程序的紊亂不影響其他模塊的正常運(yùn)行，具有極高的靈活性和可靠性，該皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件控制邏輯如圖3 所示。

圖3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件控制邏輯示意圖

該皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用以來(lái)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的快速監(jiān)測(cè)和預(yù)警，同時(shí)能夠快速的對(duì)故障進(jìn)行定位和自動(dòng)調(diào)整，使皮帶機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的故障數(shù)量由最初的3.8 次/d，降低到了目前的0.45 次/d，故障率降低了88.3%，顯著提升了皮帶機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

5 結(jié)論

1）皮帶機(jī)常見(jiàn)的故障主要包括皮帶的縱向撕裂、皮帶斷帶、皮帶打滑、皮帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障，通過(guò)對(duì)其故障特性的分析，為實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)奠定了基礎(chǔ)；

2）新的皮帶機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括了監(jiān)控主站、監(jiān)測(cè)分站和巡檢分站構(gòu)成，通過(guò)固定監(jiān)測(cè)和移動(dòng)監(jiān)測(cè)，提高了系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的全面性和可靠性；

3）硬件系統(tǒng)采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式，能夠?qū)p壞的單元進(jìn)行快速更換，同時(shí)該模塊采用了標(biāo)準(zhǔn)接口，能夠快速地進(jìn)行拓展和數(shù)據(jù)交換；

4）新的控制系統(tǒng)能夠?qū)⑤斔蜋C(jī)運(yùn)行故障率降低88.3%，顯著提升了皮帶機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。