煤礦井下皮帶運輸狀態監測系統研究

【摘 要】本文在煤礦井下皮帶運輸的理論研究分析基礎上，設計開發礦井皮帶運輸狀態監測系統，為綜合監控技術的廣泛應用和提高煤礦礦井皮帶運輸狀態監測與事故預警提供理論基礎和應用借鑒。

【關鍵詞】皮帶運輸機；監測；煤礦

0 引言

皮帶運輸機是一種由電機驅動的連續運輸設備，主要用來輸送物料和成品，被廣泛應用于工業生產各領域。在皮帶運輸機連續運行過程中，皮帶運輸機經常會出現打滑、斷帶、劃傷、過載、聯軸器斷開等故障，導致壓礦的嚴重后果。因此對皮帶運輸機運行狀態的監測具有重要意義。煤礦井下皮帶運輸系統走向長，環節多且裝備了多種類型的皮帶運輸機。運行經驗表明，僅靠提高皮帶運輸系統的質量難以滿足安全生產的要求，還須裝備功能完善、質量可靠、技術先進的皮帶運輸自動化系統，以實現對皮帶機群運行狀態檢測、控制與保護、現場視頻監視。

1 煤礦井下皮帶運輸狀態監測系統設計

系統設計工作原理是：皮帶運輸機的斷帶、劃傷、橫撕、打滑、過載、聯軸器斷開等多種皮帶機運行異常狀態會給生產帶來較嚴重的后果，為避免這些現象的出現我們可以檢測皮帶速度、電機轉矩作這兩個特征參量是否異常。皮帶速度、電機轉矩成為皮帶運輸機狀態監測系統比較重要信號被測參量。除此以外，當皮帶運輸機正常運行時，安裝在皮帶機上的傳感器還應檢測皮帶運輸機運行狀態的煙霧、溫度、跑偏、堆煤、縱撕等特征參量，將表示皮帶運輸機運行狀態的非電量轉變成為標準電信號，并將采集到的電信號經過濾波、放大、整形處理后傳給主控單元進行信號分析、處理，并與設定的標準信號的閾值進行分析比較，由主控單元采取相應的控制策略，發出控制命令。例如對異常信號進行停機、預警、報警等。制策略。

礦井皮帶運輸狀態監測系統主要由井下控制分站與井上控制主站構成，整個系統采用全分布式控制結構。控制分站負責采集礦井下的各種狀態特征參量的采集和對設備做出相應的控制。每條皮帶機機頭位置安裝監控分站一臺，監控分站的顯示機構可實時顯示當前皮帶機的運行狀態。各監控分站與各狀態參量傳感器之間采用距陣結構實現聯接，控制分站與監控主站之間采用現場網絡總線結構接入工業以太網，監控主站與監控主機之間通過礦井環形光纖以太網絡聯接。監控主機部分位于地面機電監控中心，工業控制計算機上安裝組態軟件實現對各分站的每條皮帶機的運行狀態的實時監控。系統結構如圖a 所示。

礦井皮帶運輸狀態監測系統監測量有速度、電機轉矩、縱撕傳感器等，其結果如圖b所示。

GSC6-SC型速度傳感器，主要用于檢測皮帶機的運行速度，其基本工作原理為開路式磁阻傳感器。用于檢測作輸送機皮帶的運行速度和低速打滑、超速和斷帶等現象的監測。速度傳感器的摩擦滾輪安裝于皮帶機機頭上皮帶的下側，根據壓縮彈簧的張力使摩擦滾輪與上皮帶緊密接觸。此種安裝方法鑒于由于上皮帶托輥較密，水和灰都不易影響摩擦滾輪，摩擦滾輪轉動較平穩，輸出頻率可靠。

CQG電機轉矩傳感器基于數字式轉矩傳感器原理之上研制而成。這種電機轉矩傳感器采用磁電轉換原理，應用相位差原理和數字顯示的轉矩轉速測量方法，是通過磁電變換輸出具有相位差的二個電壓訊號的傳感器，可直接讀出扭矩和轉速的測量結果。

ZS01-L-Y型縱撕傳感器主要用于檢測各種規格型號的皮帶輸送機皮帶縱向撕裂。當皮帶運輸機出現皮帶縱撕故障時，便會出發攔索，使之產生位移變化量，通過檢測位移變化量的變化來檢測皮帶縱撕信號量。縱撕傳感器安裝于受料段皮帶下緩沖托輥之間，每個受料段設一組，從傳感器內直接輸出預警、報警停機信號。

跑偏開關主要用于檢測實際運行過程中皮帶輸送機的跑偏位移量來實現皮帶輸送機跑偏后自動預警、報警功能；跑偏開關具有兩級動作，一級動作用于預警，二級動作用于停機報警。當皮帶運輸機運行過程中輕微跑偏時，跑偏開關發出預警信號；當皮帶運輸機運行過程中嚴重跑偏時，跑偏開關發出停機報警信號。跑偏開關通常安裝在機頭位置，皮帶運輸機槽角傾斜安裝，開關立輥應當垂直于皮帶面，立輥高度的 1/3 處位于皮帶面，同時保證電纜出線口安裝在皮帶機內側。由于皮帶機在正常運行過程中會產生一定程度的自然跑偏，而此自然跑偏不會影響皮帶機的正常運行，所以在安裝時將立輥距帶邊留有一定的空間。

GQL0.1-Y煙霧傳感器是離子式煙霧傳感器的一種，用于環境中煙霧的檢測，能有效準確的檢測環境中煙霧的濃度信號。

堆煤傳感器主要安裝在皮帶機機頭溜煤眼和皮帶搭接處。當皮帶機頭發生堆煤或滿倉及超過限位的時候，堆煤傳感器動作一定的角度，傳感器輸出點由閉合變成斷開。控制系統監測到后，進行報警和停機，已達到保護皮帶機的目的。

GWM-40-W 型號溫度傳感器是基于熱電偶原理的溫度傳感器，當被測設備或環境溫度升高到一定的時候，溫度傳感器的熱敏原件動作輸出信號。以保證安全。用于電機運行時溫度的檢測，能有效準確的檢測電機運行時溫度信號。

2 結論

運用測試技術和控制理論建立完善的皮帶運輸機的帶速、過載、打滑、劃傷、斷帶、聯軸器斷開、跑偏、煙霧、溫度、等檢測與事故預警；系統能實時的監測皮帶機的運行狀態，能根據現場采集到數據，診斷出系統存在的故障，在達到一級預警預設值時，進行預警，達到二級報警預設值時，進行停機報警；狀態監測與事故預警系統與調度電話系統、工業視頻監控系統聯系在一起，共同對系統的監測發揮各自的作用；系統具有地面遠程控制為綜合監控技術的廣泛應用和提高煤礦礦井皮帶運輸狀態監測與事故預警提供理論基礎和應用借鑒。

[責任編輯：楊玉潔]