煤礦井下膠帶輸送機大塊物自動檢測預警裝置

王向陽

(潞安集團 潞安新疆煤化工集團有限公司，新疆 哈密 839000)

在煤礦井下經(jīng)常有大塊炭塊、矸石從工作面運出，在膠帶輸送機轉(zhuǎn)載處或溜煤眼發(fā)生堆煤和棚口故障，輕則導致短時的停機，嚴重時，需要多人清理堆煤和處理棚口故障，費事費力，影響礦井正常生產(chǎn)。特別是發(fā)生在下運膠帶時，一旦膠帶輸送機停止運行，大塊物會由于慣性繼續(xù)向下滾動，給礦井安全帶來巨大隱患。為杜絕這類事故發(fā)生，及時檢測輸送機上的大塊物并清理出去就顯得很有必要。傳統(tǒng)方式都是依靠加強司機和檢修工的責任心，當發(fā)現(xiàn)膠帶上有大型異物時，及時進行停機處理。如果司機或檢修工沒有及時發(fā)現(xiàn)，就可能會造成事故。因此，完全依靠人工不太可靠，一方面增加了工人的工作負擔，另一方面不可避免地總有零星事故發(fā)生。

鑒于此，設(shè)計一種煤礦井下膠帶輸送機大塊物自動檢測預警裝置勢在必行。

1 設(shè)計目標及方案

1.1 設(shè)計目標

為了解決傳統(tǒng)技術(shù)中完全依賴人工檢查的不足，我們設(shè)計一種能夠自動檢測大塊物的裝置，當檢測到有大塊物的時候，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報提醒膠帶輸送機司機注意。

1.2 設(shè)計方案

膠帶輸送機大塊物自動檢測預警裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1(a)所示，其實現(xiàn)大塊物自動檢測方案共分為三步：

第一步，異物高度檢測。通過在膠帶輸送機機架上裝設(shè)1個龍門架，固定在膠帶輸送機某一膠帶機架上端，龍門架上包括與膠帶機架兩側(cè)固定的支撐板及連接兩側(cè)支撐板的轉(zhuǎn)動軸；轉(zhuǎn)動軸一端設(shè)置一旋鈕電位器，旋鈕電位器的本體固定于龍門架的支撐板上，旋轉(zhuǎn)部分固定于轉(zhuǎn)動軸上并可以隨軸轉(zhuǎn)動；旋鈕電位器均連接至PLC-300邏輯控制器，根據(jù)電位器旋轉(zhuǎn)角度進行數(shù)據(jù)傳輸；PLC-300邏輯控制器通過接收到的數(shù)據(jù)計算膠帶上傳送的異物高度，高度超出規(guī)格后控制連接的警報器發(fā)出警報信號。

第二步，異物寬度檢測：轉(zhuǎn)動軸上排列布置5塊獨立鐵板，每一鐵板獨立地相對轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，同時對應每一鐵板，在轉(zhuǎn)動軸上設(shè)置相應數(shù)量的逆止齒，以使鐵板主動轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)動軸從動轉(zhuǎn)動，而轉(zhuǎn)動軸主動轉(zhuǎn)動時鐵板不轉(zhuǎn)動，如圖1(b)所示。每一鐵板上設(shè)置一接近開關(guān)的第一感應端，所轉(zhuǎn)動軸正下方設(shè)置固定軸，在固定軸對應位置設(shè)置正對第一感應端的第二感應端；每一鐵板上設(shè)置的接近開關(guān)均連接至PLC-300邏輯控制器，根據(jù)鐵板上接近開關(guān)動作的數(shù)量數(shù)據(jù)，PLC-300邏輯控制器通過接收到的數(shù)據(jù)計算膠帶上輸送的異物寬度，寬度超出規(guī)格后控制連接的警報器發(fā)出警報信號。

第三步，異物長度檢測；測試鐵板側(cè)邊設(shè)置一接近開關(guān)的第一感應端，龍門架上正對第一感應端的位置固定設(shè)置第二感應端,其動作如圖1(d)所示。設(shè)置的接近開關(guān)連接至PLC-300邏輯控制器，PLC-300邏輯控制器根據(jù)接近開關(guān)動作時間及膠帶速度計算膠帶上輸送的異物長度，長度超出規(guī)格后控制連接的警報器發(fā)出警報信號。

同時為了確保檢測異物的可靠性，在龍門架的膠帶小架沿膠帶運輸方向前端設(shè)置一攝像頭，鏡頭朝向膠帶方向進行拍攝。當有大塊物出來時，發(fā)出報警同時拍攝照片傳輸給膠帶司機進一步確認大塊異物。

PLC-300邏輯控制器根據(jù)檢測到大塊物的不同尺寸，發(fā)出不同的聲光報警信號，提醒司機注意。與此同時，追蹤攝像頭將拍攝到的畫面?zhèn)魉椭凉ぷ魅藛T，提醒工作人員注意。系統(tǒng)檢測到大型異物后，PLC控制器可根據(jù)膠帶實時運行速度連續(xù)不斷地向工作人員提示大塊異物到達膠帶輸送機頭的距離，工作人員可根據(jù)實際情況進行處理。

圖1 膠帶輸送機大塊物自動檢測預警裝置結(jié)構(gòu)及控制原理示意

2 工作原理

通過螺栓連接的方式，將龍門架1的支撐板11和膠帶輸送機的機架固定連接，架設(shè)在膠帶輸送機機架上端。將兩個支撐板11通過螺栓垂直固定在膠帶輸送機機架上，兩個支撐板11頂端通過一轉(zhuǎn)動軸12連接，轉(zhuǎn)動軸12可相對支撐板11轉(zhuǎn)動，同時，轉(zhuǎn)動軸12軸上有5處逆止齒，軸上有5塊獨立的鐵板2，逆止齒的作用是當轉(zhuǎn)動軸12轉(zhuǎn)動時鐵板2不轉(zhuǎn)動，鐵板2轉(zhuǎn)動時帶動軸12轉(zhuǎn)動。

龍門架1的左側(cè)設(shè)置一旋鈕電位器4，旋鈕電位器4的旋轉(zhuǎn)部分設(shè)置于轉(zhuǎn)動軸12上并隨轉(zhuǎn)動軸12轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動時，電位器電阻發(fā)生大小變化，電阻信號向PLC-300邏輯控制器發(fā)送信號，PLC-300邏輯控制器通過計算可轉(zhuǎn)換為鐵板2離開膠帶的高度，通過三角換算，可計算得到大塊物的高度。

如圖1(c)所示，5塊鐵板上還安裝有5個接近開關(guān)8，接近開關(guān)8另一半安裝在龍門架的轉(zhuǎn)動軸12下面設(shè)置的一固定軸13上，以此用來檢測大塊物的寬度。當膠帶上傳輸物料中存在大塊物時，輸送至鐵板位置時，會帶動鐵板2向輸送方向轉(zhuǎn)動，此時發(fā)生轉(zhuǎn)動的鐵板2上設(shè)置的接近開關(guān)3的第一感應端31和設(shè)置于固定軸13上的第二感應端32的相對位置發(fā)生變化，對應的接近開關(guān)3向PLC-300邏輯控制器5發(fā)送信號。PLC-300邏輯控制器5通過識別接近開關(guān)3發(fā)送的信號，確定轉(zhuǎn)動的鐵板2的數(shù)量，從而可確定發(fā)生轉(zhuǎn)動的鐵板2的數(shù)量，進一步通過統(tǒng)計轉(zhuǎn)動的鐵板2的數(shù)量即可大體確定大塊物的寬度。如圖1(c)所示，左側(cè)顯示為正常情況的狀態(tài)，右側(cè)顯示為被異物碰撞后。編號為①②③的接近開關(guān)被異物碰撞，PLC-300邏輯控制器通過運算，可以計算出異物的寬度。

轉(zhuǎn)動軸12最右端邊緣設(shè)置一接近開關(guān)3的第一感應端31，在第一感應端31正對的右側(cè)支撐板11上設(shè)置第二感應端，接近開關(guān)3也連接到PLC-300邏輯控制器5，當有大塊物出來時，無論哪一塊獨立鐵板動作，轉(zhuǎn)動軸12轉(zhuǎn)動，接近開關(guān)向其發(fā)送信號，PLC-300邏輯控制器5利用接近開關(guān)3斷開-閉合時間，結(jié)合膠帶運行速度，計算出大塊物的長度。

至此，大塊物的長、寬、高就能通過系列數(shù)據(jù)傳給PLC-300邏輯控制器5計算得出，同時通過PLC-300邏輯控制器5，比較實時運行于膠帶上的大塊物的尺寸與預設(shè)最大物塊尺寸，若實時運行于膠帶上的大塊物的的長寬高中至少一項超出設(shè)定的閾值時，PLC-300邏輯控制器5控制的J1繼電器動作，接通警報器工作電源使其發(fā)出警報信號，提醒工作人員及時進行清理。同時，PLC-300邏輯控制器5控制的J2繼電器動作，接通追蹤攝像頭6工作電源，在控制警報器進行警報的同時，使追蹤攝像頭6對大塊物進行拍攝，讓司機對大型異物進行進一步確認。其中追蹤攝像頭采用山西科達自控生產(chǎn)的KBA12-C礦用本質(zhì)安全型除塵攝像儀。SM321為數(shù)字量輸入模塊，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5為測試鐵板上接近開關(guān)，SQ6為轉(zhuǎn)動軸12右端邊緣上的接近開關(guān)，SM322為數(shù)字量輸出開關(guān)，J1為控制報警裝置，J2為控制攝像頭，SM331為模擬量輸入模塊，電位器4的信號輸入?？刂圃砣鐖D2所示。

圖2 PLC控制原理圖

PLC-300邏輯控制器5還可根據(jù)鐵板距離追蹤攝像頭6的距離和膠帶運行的速度，確定追蹤攝像頭6進行拍攝的時間。追蹤攝像頭6將拍攝結(jié)果同時傳輸至工作人員確認，排除其他如煤堆積等造成的假象。如果確實存在大型異物，可根據(jù)膠帶速度向工作人員連續(xù)不斷地提示大塊異物到達膠帶輸送機頭的距離，以使工作人員根據(jù)實際情況進行處理。

為了更準確地檢測大塊物的形狀，同時也為避免檢測大塊物鐵板遭受大塊物的沖擊而損壞，在每塊鐵板上安裝配重，可以使鐵板輕松自由轉(zhuǎn)動，避免因鐵板自重在發(fā)生沖擊時損壞。

3 結(jié) 語

煤礦井下膠帶輸送機大塊物自動檢測預警裝置，通過接近開關(guān)、旋轉(zhuǎn)按鈕和可編程控制器PLC，通過邏輯運算，計算出大塊物的體積，再根據(jù)膠帶運行速度計算到達各膠帶輸送機頭的時間，提醒操作人員注意，為了避免錯誤，利用攝像頭進一步確認，降低了裝置的錯誤率，提高了裝置的可靠性。