礦用帶式輸送機智能安全監測保護系統

王 勇，張穎輝

(中陽縣煤炭工業局，山西 呂梁 033400)

0 引言

帶式輸送機是煤炭生產過程中的主要機械設備，對于煤炭生產的效率有著直接的作用。伴隨著科學技術的發展，傳統的礦用帶式輸送機工作方式已經不再適合當前的煤炭企業，所以在提高煤炭生產的同時，還需要考慮改進礦用帶式輸送機的工藝[1]。

傳統的礦用帶式輸送機在工作過程中大多數是利用人力或者在路徑安裝攝像頭來對機械設備進行安全監測，增加了大量的人力和物力，而且大量安裝攝像頭會造成監控畫面的繁多，還會存在視頻死角[2-3]。

針對上述問題，本文進行了礦用帶式輸送機智能安全監測保護系統研究，提出了一套有效解決問題的方案。以PLC為控制器，通過傳感器收集現場數據信息，利用一定的通訊協議把數據傳輸到PLC，并且開發上位機軟件，在集控室就可以實現對帶式輸送機的安全監測保護。

1 帶式輸送機安全監測方案設計

1.1 帶式輸送機結構

圖1為礦用帶式輸送機的結構示意圖。其主要的組成部分為運輸皮帶5、上托輥2、下托輥3、張緊裝置8、電機驅動裝置9、改向滾筒6、傳動滾筒7、機架4等，這些機械裝置通過協調配合，完成了煤炭的運輸[4]。

1.2 安全監測分析

基于其結構組成來分析帶式輸送機可能存在的故障信息以及安全隱患，得出需要檢測的參數：①皮帶打滑故障，需要對皮帶的運行速度以及滾筒的線速度進行監測；②皮帶的斷帶故障，需要對皮帶的張緊力進行監測；③驅動電機故障，需要對電機的溫度、電壓、電流、轉速以及振動情況進行監測；④跑偏故障，需要對跑偏的角度進行監測；⑤堆煤故障，需要對堆煤傳感器的接觸點進行監測；⑥瓦斯安全隱患，需要對瓦斯的濃度進行數據監測；⑦煙霧安全隱患，需要對工作環境的煙霧濃度以及溫度進行監測；⑧縱向撕裂故障，需要對托輥所受到的壓力進行監測[5-6]。

1-溜槽;2-上托輥;3-下托輥;4-機架;5-運輸帶;6-改向滾筒;7-傳動滾筒;8-張緊裝置;9-驅動裝置

經過對礦用帶式輸送機故障信息以及安全隱患進行分析之后發現，當工作過程中發生了不正?，F象，如果任由這種不正?，F象持續可能會造成機器故障，所以對參數詳細數據的監測可以預防故障的產生，將故障率降到最低[7]。本文針對上述問題制定了安全監測方案。

2 礦用帶式輸送機安全監測平臺搭建

2.1 硬件平臺搭建

本系統以PLC為控制中樞，通過傳感器進行數據的采集，并利用一定的通訊協議進行數據的傳輸。由PLC對所采集的數據進行分析判斷并作出下一步指令，指令到達執行機構進行工作。整個工作過程可以通過服務器端進行查看和監測。安全監測方案如圖2所示。

核心控制器根據具體情況選擇AB公司Micro850系列型號為2080-LC50-48QWB的PLC，其支持24 V直流電供電，并且有28路24 V直流電壓輸入以及20路繼電器輸出，本身還包含5個拓展口，這些接口可以外接I/O模塊或者通訊模塊等，完全可以保證整個系統的信息處理。觸摸屏選擇昆侖通態生產的型號為TPC1061Ti的10.2英寸屏幕，可以通過以太網和PLC進行通訊組態。服務器選擇臺灣研華公司生產的IPC-610(IPC)工控機及配套顯示器。

圖2 安全監測方案

2.2 傳感器選型

根據礦用帶式輸送機的工作環境進行相應的傳感器的選型。①選擇型號為GWD100溫度傳感器，可以滿足井下特殊的工作環境；②選擇型號為GUJ30堆煤傳感器,安裝在特定位置可以檢測堆煤事件的發生；③選擇型號為KGQ-1煙霧傳感器，可以檢測工作環境的煙霧濃度；④選擇型號為KG5007A速度傳感器，可以作為皮帶的打滑以及超速的監測裝置；⑤選擇型號為GEJ30跑偏傳感器，可以檢測皮帶工作過程中的運行情況；⑥選擇型號為GVD1200撕裂傳感器，為本質防爆安全型，可以滿足煤礦對設備的安全要求；⑦選擇型號為GJC4/100瓦斯傳感器，可精確地測試濃度，完全滿足當前的需要；⑧關于電流電壓數據，采用模擬量就可以進行數據的采集監測[8]。

2.3 軟件平臺搭建

本系統所包括的軟件包括編程軟件、組態軟件以及上位機軟件。

編程軟件使用與Micro850系列PLC配套的Connected Components Workbench，這個軟件內置了PLC的編程環境以及在線調試的功能，配置了多種通訊方式和PLC進行連接。Connected Components Workbench在與PLC通訊時需要配合RsLINX進行數據連接。

組態軟件使用昆侖通態廠家配套的MCGS嵌入版，這款軟件完美實現了觸摸屏幕的兼容，軟件內部有多種配置方式，而且可以模擬調試。為了滿足工業上的要求，有些組態畫面可以在軟件內部直接選擇，方便快捷。

上位機軟件使用factory talk se 7.0，這款軟件功能強大，把服務器安裝在集控室，并且在集控室組態畫面，通過以太網進行與PLC的通訊。在完成上位機組態后，可以生成客戶端并在集控室顯示，工作人員只需對客戶端進行監測就可以知道現場皮帶運輸機的工作情況[9]。

3 礦用帶式輸送機安全監測系統實現

通過軟件和硬件的搭建與配合，完成了對礦用帶式輸送機智能安全監測保護系統的搭建，并且本系統在隸屬于中陽鋼鐵集團的暖泉煤礦的10105工作面進行試驗，試驗效果良好，組態界面如圖3所示。

圖3 礦用帶式輸送機安全監測系統組態界面

通過對現場PLC控制柜的查看可以發現，控制柜的觸摸屏顯示了皮帶的運行狀態，而且可以通過觸摸屏上設置的虛擬按鈕控制皮帶的啟停。各種傳感器保護機制在觸摸屏上顯示運行狀態和實時參數。

通過對上位機客戶端的查看可以發現，客戶端會顯示現場所有的數據信息，而且所有的數據都會保存在服務器的硬盤上，還可以查詢歷史曲線來關注一段時間內皮帶運輸機的工作情況，上位機客戶端上設置了急停按鈕，當發生緊急故障時，工作人員可以通過急停按鈕在第一時間保證皮帶停止運行。

4 結語

本文設計研究了礦用帶式輸送機智能安全監測保護系統，解決了礦用皮帶運輸機在工作過程中需要人工巡檢或者需要安裝攝像頭的問題，實現了礦用皮帶運輸機的自動監測保護功能，提高了暖泉煤礦10105工作面的自動化程度，不但減少了煤礦對工人的使用量，也降低了工人的勞動強度，同時還提高了皮帶機的工作效率，取得了顯著的經濟效益。