帶式輸送機(jī)皮帶運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

陳 濤

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)忻州窯礦，山西 大同 037001）

引言

在礦井采用的帶式輸送機(jī)中，輸送皮帶是其最核心的部分，該設(shè)備需要較高的成本，因此，撕裂檢測(cè)技術(shù)有著十分重要的意義。通過運(yùn)用該技術(shù)可以將輸送帶的撕裂狀況進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，并有效避免撕裂情況的持續(xù)進(jìn)展，但是從現(xiàn)階段的縱撕檢測(cè)技術(shù)來看，其大多是接觸式的，需要事后管理。由于礦井生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜性，大部分縱撕檢測(cè)系統(tǒng)的功能都沒有得到充分發(fā)揮，導(dǎo)致縱撕事故的發(fā)生。

1 帶式輸送機(jī)主要結(jié)構(gòu)與智能監(jiān)測(cè)調(diào)控分析

1.1 帶式輸送機(jī)整體結(jié)構(gòu)及工作原理

以DTL 型帶式輸送機(jī)為例進(jìn)行分析，對(duì)于該型帶式輸送機(jī)而言，其整體結(jié)構(gòu)情況如圖1 所示。由圖1 可知，該種帶式輸送機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)滾筒部分、改向滾筒部分、托輥部分、皮帶部分與張緊部分五大部分組成[1-2]。該種帶式輸送機(jī)的工作原理主要是通過電動(dòng)機(jī)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，由電機(jī)輸出動(dòng)力，輸出的該動(dòng)力通過減速器逐步向帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)滾筒部分傳輸，而驅(qū)動(dòng)滾筒與帶式輸送機(jī)輸送帶間有一定的摩擦力，進(jìn)而借助這種摩擦力來促使皮帶運(yùn)行，在這過程中帶式輸送機(jī)托輥的所起的作用，主要是支撐輸送帶，帶式輸送機(jī)張緊裝置起到的作用主要是讓輸送帶實(shí)時(shí)為張緊狀態(tài)，以驅(qū)動(dòng)皮帶與運(yùn)動(dòng)的滾筒間存在足夠的驅(qū)動(dòng)摩擦力。

圖1 帶式輸送機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 帶式輸送機(jī)智能監(jiān)測(cè)調(diào)控分析

當(dāng)前，很多礦井所用的帶式輸送機(jī)都裝設(shè)了變頻調(diào)控裝置，可依據(jù)對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行的情況監(jiān)測(cè)監(jiān)控結(jié)果，及時(shí)合理調(diào)整帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度。但帶式輸送機(jī)在運(yùn)行速度發(fā)生改變的過程中，呈現(xiàn)出的動(dòng)態(tài)特性通常相對(duì)較復(fù)雜，造成速度不好調(diào)整，若調(diào)整不科學(xué)、不合理、帶式輸送機(jī)輸送帶與運(yùn)行的滾筒間變易產(chǎn)生打滑問題，如果速度變化過快，還有可能引發(fā)帶式輸送機(jī)出現(xiàn)斷帶事故，傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，通常不考慮速度變化對(duì)帶式輸送機(jī)造成的影響，易造成帶式輸送機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定的情況，因此必須重視做好帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況的智能監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作，調(diào)整帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況時(shí)，應(yīng)把高階次動(dòng)態(tài)特性考慮其中，進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)整[3]。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)部分主要包含了客戶端的電腦、帶式輸送機(jī)的視頻檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、平臺(tái)軟件等，其具體組成部分詳見圖2。

圖2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)情況圖

系統(tǒng)之中所運(yùn)用的技術(shù)為智能化視頻分析技術(shù)，通過在煤倉口的上方配置隔爆型攝像儀，對(duì)其內(nèi)部的實(shí)際狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。煤倉的監(jiān)測(cè)區(qū)域可以利用在調(diào)度室中安裝的上位機(jī)軟件來進(jìn)行規(guī)劃，同時(shí)也可以對(duì)停機(jī)與報(bào)警進(jìn)行設(shè)置。

在帶式輸送機(jī)的工作中，錨桿或者矸石掉落到可監(jiān)測(cè)范圍之內(nèi)，若停留的時(shí)間大于預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，上位機(jī)平臺(tái)軟件則會(huì)發(fā)出語音警報(bào)，以此來提醒相關(guān)人員，同時(shí)視頻監(jiān)測(cè)報(bào)警主機(jī)會(huì)將相關(guān)信息及時(shí)傳輸?shù)絇LC 系統(tǒng)之內(nèi)，形成一種報(bào)警停機(jī)信號(hào)[4-5]。

3 功能設(shè)計(jì)

3.1 異物檢測(cè)

這一報(bào)警系統(tǒng)是通過在下料倉口的上端安裝隔爆型攝像儀，對(duì)其內(nèi)部的實(shí)際狀況進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控區(qū)域的規(guī)劃則是利用調(diào)度室安裝的上位機(jī)平臺(tái)軟件來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)可以對(duì)停機(jī)及報(bào)警進(jìn)行設(shè)置。在帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行的時(shí)候，錨桿或者矸石掉落到倉口所監(jiān)測(cè)的范圍之內(nèi)，當(dāng)期停留的時(shí)間超出預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，平臺(tái)軟件將會(huì)發(fā)出警報(bào)，以此來提醒值班人員，同時(shí)PLC 系統(tǒng)在接收到報(bào)警信號(hào)之后，將會(huì)發(fā)出停機(jī)信號(hào)。

3.2 撕裂傳感器檢測(cè)

當(dāng)皮帶受到異物的穿刺而出現(xiàn)撕裂的時(shí)候，運(yùn)用撕裂傳感器的優(yōu)勢(shì)，將該傳感器的發(fā)光及接受設(shè)備平行安裝在下料倉下端的皮帶輸送機(jī)底部的兩側(cè)機(jī)架之上，輸送機(jī)的皮帶寬度應(yīng)當(dāng)超出發(fā)光及接收裝置之間存在的距離。當(dāng)皮帶出現(xiàn)了縱撕之后，撕裂部位就會(huì)發(fā)生物料泄漏，進(jìn)而對(duì)撕裂傳感器產(chǎn)生影響，傳感器可以將檢測(cè)到信號(hào)及時(shí)傳輸?shù)揭曨l監(jiān)測(cè)報(bào)警主機(jī)之中，然后該信號(hào)就會(huì)被傳輸?shù)絇LC 系統(tǒng)，完成報(bào)警停機(jī)的操作，避免損失持續(xù)擴(kuò)大。而常規(guī)性的預(yù)防皮帶撕裂是經(jīng)過傳感器、皮帶秤及重量感應(yīng)器來進(jìn)行判斷，如果皮帶出現(xiàn)撕裂，煤塊將會(huì)落在皮帶秤上，重量感應(yīng)器將會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，及時(shí)通知相關(guān)人員，這種處理僅僅是事后處理，無法做到事前預(yù)防。圖3 所示為撕裂傳感器的檢測(cè)裝置圖。

圖3 撕裂傳感檢測(cè)裝置

3.3 物料堆積檢測(cè)

這種檢測(cè)主要是對(duì)皮帶中的煤流進(jìn)行檢測(cè)，監(jiān)測(cè)范圍之內(nèi)利用調(diào)度室內(nèi)安裝的上位機(jī)平臺(tái)軟件來進(jìn)行規(guī)劃，同時(shí)設(shè)置報(bào)警及停機(jī)。在輸送機(jī)正常工作的時(shí)候，在下方皮帶運(yùn)行停止，而上方皮帶依舊運(yùn)行或者倉口被卡住之時(shí)，下料倉口將會(huì)出現(xiàn)煤流堆積，當(dāng)煤流堆積大于軟件預(yù)先設(shè)定的高度或者停留的時(shí)間大于預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，上位機(jī)軟件會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以提醒相關(guān)人員，同時(shí)相關(guān)的報(bào)警信號(hào)將會(huì)被傳輸?shù)絇LC 系統(tǒng)中，發(fā)出停機(jī)信號(hào)，并且及時(shí)提醒巡檢人員進(jìn)行處理，圖4 所示為帶式輸送機(jī)的物料堆積檢測(cè)圖。

圖4 物料堆積檢測(cè)圖

3.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)通過PLC 和SE 組態(tài)相結(jié)合的方式，研發(fā)出人機(jī)交互界面，并將各種傳輸?shù)目刂朴嵦?hào)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)事故報(bào)警、輸送機(jī)的啟動(dòng)/停止、保護(hù)等一系列操作。

1）視頻信息源。系統(tǒng)的視頻信息可以利用高清的攝像頭來進(jìn)行實(shí)時(shí)錄像，保證畫面的品質(zhì)，達(dá)到煤礦的規(guī)程要求。

2）數(shù)據(jù)交換層。其主要作用在對(duì)儲(chǔ)存和交換數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫主要分為三種，分別為事件視頻、視頻和物體視頻特征等數(shù)據(jù)庫[6]。

3）圖像處理。智能化視頻分析：通過對(duì)相關(guān)的視頻圖像進(jìn)行傳輸，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)問題進(jìn)行分析，例如，煤倉的倉口出現(xiàn)異物、膠帶出現(xiàn)煤塊堆積、膠帶發(fā)生縱撕等。視頻回放：在事件發(fā)生之后，可以對(duì)視頻進(jìn)行隨時(shí)調(diào)取及使用，以供事后的分析。

4 工業(yè)性試驗(yàn)

在晉能控股煤業(yè)的某礦井中，該系統(tǒng)已經(jīng)在七個(gè)部位安裝了智能分析攝像機(jī)，數(shù)量共有7 臺(tái)，在某輸送機(jī)的機(jī)尾落料點(diǎn)的下方配置了1 臺(tái)防撕裂傳感器，且在相應(yīng)的5 個(gè)輸送機(jī)的機(jī)頭安裝了5 臺(tái)視頻監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置主機(jī)，實(shí)現(xiàn)了本礦井所有的重點(diǎn)崗位的視頻監(jiān)控全覆蓋。在實(shí)際運(yùn)行中，一旦識(shí)別出了異物，及時(shí)報(bào)警，避免了皮帶因異物而出現(xiàn)撕裂的問題。

5 結(jié)語

目前，該系統(tǒng)已經(jīng)正式投入到晉能控股煤業(yè)并展開應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有重點(diǎn)崗位的視頻監(jiān)控，具有預(yù)警預(yù)報(bào)及智能監(jiān)控的功能，促使生產(chǎn)人員、管理人員及集控人員可以及時(shí)掌握到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際狀況，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，同時(shí)及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)、節(jié)能增效、預(yù)警停機(jī)、預(yù)防事故的目的。