煤礦帶式輸送機在線實時監測系統設計

張美玲

【摘 要】帶式輸送機是目前被廣泛應用于煤礦產業中的工程設備，論文主要以可編程邏輯控制器為中心，通過其與傳感技術的有效結合，分別從系統檢測方案、可編程邏輯控制器、通信系統以及軟件方面針對煤礦帶式輸送機的在線實時監測系統進行了設計。

【Abstract】Belt conveyor is the engineering equipment that widely used in the coal mine industry at present. The paper mainly takes the programmable logic controller as the center， through its effective combination with the sensing technology，the on-line real-time monitoring system for coal mine belt conveyor is designed in the aspects of system detection scheme， programmable logic controller， communication system and software.

【關鍵詞】煤礦；帶式輸送機；實時監測；系統設計

【Keywords】coal mine； belt conveyor； real-time monitoring； system design

【中圖分類號】TD528.1 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）06-0125-02

1 引言

煤礦產業作為我國的基礎產業，隨著近年來煤礦工程安全事故的頻繁發生，如何通過對現代化工業技術的有效利用，提高我國煤礦產業的施工安全性引起了社會各界的廣泛關注。帶式輸送機作為煤礦工程中的主要施工設備，由于其在使用的過程較易出現跑偏、打滑以及撕裂的故障，嚴重時還將引發安全事故。因此，有必要加強對煤礦帶式輸送機的在線實時監測，才能在其出現異常時及時發出警報，降低安全事故的發生率。

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，其中負責帶動傳動帶的滾筒為傳動滾筒，而另一個滾筒則主要負責實現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，發現其作為煤礦工程中效率最高的運輸設備，相較于其他運輸設備，具有輸送距離長、輸送貨量大以及連續運輸穩定性等主要特點，同時，帶式輸送機具有運行可靠的特點，可以有效實現自動化和集中化的控制，尤其是在高效的礦井工程當中，帶式輸送機已經成為煤炭開采機電一體化技術和裝備中的關鍵設備。實踐經驗表明，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，且設有儲帶倉，尾部可以隨著采煤工作面的推進而適當的伸長或縮短，且具有結構緊湊的特點，可以在不設置基礎的同時直接于巷道底板上鋪設，架構輕巧，拆裝也十分簡便。

3 煤礦帶式輸送機的在線實時監測系統設計

3.1 系統檢測方案設計

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常于驅動部分出現故障，而振動信號作為一個較為敏感的參數，當系統即將出現或已經出現信號時，設備的振動信號參數也將發生異常改變。因此，本研究將振動信號作為評估輸送機是否出現異常的主要觀察指標，使用電視傳感器對其進行信號采集。同時，轉子的磨損以及非平衡運轉也將導致設備的溫度出現異常，因此本研究將溫度作為另一個評估參數，并在程序上將其設計為一旦所設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設備。

如圖1所示，本研究共設置了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，可以及時發現設備運行過程中出現的異常。

根據本研究所使用帶式輸送機的結構，共計使用24個傳感器實現了對振動速度測量信號的采集，而采集的模擬量信號在經過轉換后將會變為0～5V電壓信號，同時輸入到不同的電壓輸入模塊當中。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，其主要是因為該區域的反應敏感度相對較高。根據上述要求，本研究內的帶式輸送機共計設置了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，還是需要使用開關模塊以此來實現對部分故障所引發停機的保護控制，設計連接形式見圖2。

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，必須經過有效的數字量處理，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，通過對系統進行模擬量轉化以及危險警告等相關程序的編寫，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計，并為工作人員提供各類相應的監控和維修參考方案，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判斷，根據判斷的結果將其分為狀態正常和預警提示，而預警提示則包括聲音報警提示和系統停機，維修人員可以根據報警的程度不同，分別采取不同的方式進行故障排查和維修。

3.3 通信系統設計

由于煤礦工程的工作環境比較惡劣，因此為了確保信號傳遞的準確性，本研究的監控系統也采用了工業以太網以此來實現對通信數據的傳輸，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總線實現對數據的傳輸，而針對距離超過500m的則可以采用遠程光纖實現對數據的傳輸。因此，本研究內首先利用RS485實現與工程內礦井下觸摸屏的對接，隨后使用光纖的形式利用互聯網技術實現與地面的遠程監控。

3.4 軟件設計

針對監測系統的軟件設計，本研究利用組態軟件MCGS實現了對人機交互界面的有效設計，通過對窗口界面的設計以此來實現對故障警告值以及保護極限值的錄入，并以此來實現對礦井下帶式輸送機的有效動態監測。其中，針對設備軟件的設置需要實現MCGS和可編程邏輯控制器的正常通信，而針對用戶窗口的設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，以此來密切監測皮帶機的實際運行情況以及出現的故障類型。可以發現，通過對皮帶機實際運行狀態的跟蹤監測，進一步證實了該系統可以有效展現出皮帶機的相關運行參數，并為故障的及時報警和處理，維護設備的安全運行產生了積極的影響。

4 結語

綜上所述，針對煤礦帶式輸送機的在線監測系統設計應當以可編程邏輯控制器為主，通過其與傳感技術的結合，可以有效實現對皮帶運行過程中的振動以及溫度等參數采集，從而生成了運行狀態下的實時監測工作參數和報告，使其在發生異常時可以及時發出警報，降低了設備的安全事故發生率。因此，各煤礦施工企業應當廣泛將該系統應用于實踐操作中，以此來為工程的安全穩定開展奠定良好的基礎。

【參考文獻】

【1】劉露露.基于CAN總線的煤礦帶式輸送機監測系統的設計方案[J].煤礦機電，2017，13（1）：74-76.

【2】靳華偉，張新，王傳禮，等.煤礦帶式輸送機監測系統設計及仿真實驗[J].安徽理工大學學報（自科版），2017，37（1）：44-48.