礦用膠帶輸送機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)的研究

武小龍

摘 要：本文以礦用膠帶輸送機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)為研究背景，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)，理論上實(shí)現(xiàn)了對(duì)膠帶輸送機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、通訊、報(bào)警的功能，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以及對(duì)膠帶輸送機(jī)故障診斷，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)的完美結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了智能保護(hù)的目的。

關(guān)鍵詞：膠帶輸送機(jī);智能保護(hù)系統(tǒng);故障診斷

礦用膠帶輸送機(jī)對(duì)于礦井工作面的高效推進(jìn)有重要的影響，一旦膠帶輸送機(jī)發(fā)生故障，將造成工作面推進(jìn)的延期，對(duì)礦井造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求，為了保證膠帶輸送機(jī)的正常運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中必須安裝防止設(shè)備跑偏、打滑等設(shè)備，此外，眾多礦井通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的各參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理，但是因?yàn)樽詣?dòng)化水平較低且監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不完善，并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果，給設(shè)備故障診斷以及維修都帶來(lái)了不便。為此，本文通過(guò)對(duì)礦用膠帶輸送機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了對(duì)膠帶輸送機(jī)實(shí)時(shí)的檢測(cè)和控制，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)了智能化控制的目的。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

膠帶輸送機(jī)是礦井重要的運(yùn)輸設(shè)備，是轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其性能的好壞直接影響到礦井的經(jīng)濟(jì)效益，因此實(shí)現(xiàn)膠帶輸送機(jī)的智能保護(hù)系統(tǒng)就顯得尤為重要。智能保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)依賴于對(duì)設(shè)備故障的診斷以及控制，根據(jù)設(shè)備故障進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化和技術(shù)的改進(jìn)便實(shí)現(xiàn)了對(duì)膠帶輸送機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，從而提高了系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。

1.1 膠帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)

膠帶輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)主要通過(guò)滾筒帶動(dòng)膠帶實(shí)現(xiàn)，其因?yàn)榱己玫倪\(yùn)輸性能和較低的能耗而廣受煤礦的喜愛(ài)，結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖如圖1所示。圖中，1為膠帶輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，其主要包括驅(qū)動(dòng)滾筒、聯(lián)軸器以及減速器等構(gòu)成，通過(guò)驅(qū)動(dòng)滾筒的摩擦作用帶動(dòng)膠帶運(yùn)行，是設(shè)備的動(dòng)力裝置;2為用來(lái)運(yùn)輸物料以及進(jìn)行力的傳遞的膠帶;3為上托輥，上托輥的主要作用是承載運(yùn)輸物料的重力，通過(guò)減少運(yùn)行過(guò)程中的阻力使得運(yùn)行更加順利;4為滾筒，滾筒的主要作用是將驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力進(jìn)行轉(zhuǎn)向作用，通過(guò)張緊膠帶間接進(jìn)行運(yùn)輸;5為設(shè)備的機(jī)架部分，是膠帶輸送機(jī)的主要承載部件;6為下托輥，當(dāng)膠帶處于回程段時(shí)，下托輥負(fù)責(zé)支撐膠帶運(yùn)行且一定程度的減小運(yùn)行過(guò)程中的摩擦力;7為張緊裝置，張緊裝置可根據(jù)礦井實(shí)際的情況調(diào)節(jié)膠帶的張力，避免因?yàn)閺埩^(guò)大或過(guò)小引起的膠帶的損壞。

1.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

根據(jù)礦井實(shí)際的地質(zhì)條件，對(duì)礦用膠帶輸送機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下：

①因?yàn)榈V井開(kāi)采環(huán)境較為惡劣，經(jīng)常有煤灰以及水等物質(zhì)的干擾，因此系統(tǒng)必須足夠的簡(jiǎn)單適應(yīng)井下的狹小空間且具有一定的抗干擾能力，如在氣體、粉塵以及水的干擾性下系統(tǒng)仍然能正常運(yùn)行，為了保證膠帶輸送機(jī)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)還需具備一定的承載抗壓能力;②在工作面連續(xù)推進(jìn)的過(guò)程中，膠帶輸送機(jī)需要連續(xù)不斷的運(yùn)行，因此，系統(tǒng)電路部分必須選擇可靠的電氣元件，采用成熟的電路提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以滿足工作面的高效生產(chǎn);③為了保證對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)智能保護(hù)，系統(tǒng)需具備實(shí)時(shí)采集信息和顯示設(shè)備信息的功能;④系統(tǒng)的集成度高便于迅速采集信息，此外系統(tǒng)應(yīng)該足夠簡(jiǎn)單，便于工作人員操作;⑤系統(tǒng)通過(guò)接口可以實(shí)現(xiàn)升級(jí)擴(kuò)展;⑥系統(tǒng)的投入成本應(yīng)該合理。

圖2為系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)圖，從圖中可以看出，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上采用集中分布式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)下可以實(shí)現(xiàn)對(duì)膠帶輸送機(jī)以及其相關(guān)單元結(jié)構(gòu)的全面監(jiān)測(cè)控制。整個(gè)系統(tǒng)由主控制器、礦用電纜以及皮帶沿線設(shè)備等構(gòu)成。主控制器主要由RS-485總線和CAN總線構(gòu)成，通過(guò)監(jiān)測(cè)主機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)沿線模塊以及各回路配電模塊的監(jiān)測(cè)控制，控制模塊主要安裝在輸送機(jī)的機(jī)頭位置，并進(jìn)行防爆保護(hù);主控制器通過(guò)礦用8芯電纜與皮帶沿線設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)膠帶輸送機(jī)下機(jī)位急停、多功能擴(kuò)音以及跑遍、撕裂的信息的采集。

該系統(tǒng)具有以下功能：可實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中溫度、速度、電流電壓以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè);控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)膠帶輸送機(jī)的集中遠(yuǎn)程控制;實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，并實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警的功能;同時(shí)具有照明功能且能實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軟控制功能。

2 應(yīng)用效果

在上述總體方案的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，對(duì)組合配電系統(tǒng)、電源帶載能力、通訊距離以及急停功能進(jìn)行測(cè)試。

對(duì)于組合配電系統(tǒng)的測(cè)試，主要通過(guò)對(duì)主機(jī)以及配電箱回路和系統(tǒng)的通訊功能進(jìn)行測(cè)試，在測(cè)試階段，因?yàn)榻泳€掉落等問(wèn)題出現(xiàn)測(cè)試失敗。為此，重新接線且延長(zhǎng)數(shù)據(jù)接受發(fā)送的時(shí)間，有效避免了顯示界面亂碼的現(xiàn)象，系統(tǒng)的通訊功能得到改善;針對(duì)測(cè)試過(guò)程中設(shè)置參數(shù)亂碼現(xiàn)象，對(duì)程序進(jìn)行修改，增加對(duì)于設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的讀取和保存程序，保證程序可以有效讀取設(shè)備的參數(shù)，在讀取參數(shù)的過(guò)程中，參數(shù)設(shè)置程序停止運(yùn)行，避免了程序間的沖突，同時(shí)通過(guò)修改參數(shù)的長(zhǎng)度使得程序可以直接跳過(guò)不需要修改的參數(shù)，待整體參數(shù)設(shè)置完成后，程序再次對(duì)參數(shù)進(jìn)行整體判斷，確保參數(shù)的穩(wěn)定可靠性，系統(tǒng)通過(guò)判斷條件可以保證失敗界面的不更新。

對(duì)于電源帶載能力的測(cè)試，主要測(cè)試惡劣本安電源的性能，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)已有的本安電源負(fù)載電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)備的電容，為此將已有的本安電源進(jìn)行更換，更換為限流型本安型電源，再次測(cè)試發(fā)現(xiàn)終端400m處共出現(xiàn)四個(gè)急停，且電容小于設(shè)備的2.2uF電容，能夠滿足一定的帶載能力。

對(duì)于通訊距離的測(cè)試，測(cè)試手段主要是通過(guò)兩個(gè)設(shè)備之間的通訊性能進(jìn)行判斷，本次RS485總線測(cè)試的距離范圍為60-150m之間。系統(tǒng)主要采用RS485和CAN總線進(jìn)行通訊，因此對(duì)其進(jìn)行分開(kāi)測(cè)試，對(duì)于采用RS485總線的通訊測(cè)試，得到通訊距離滿足要求;對(duì)于CAN總線的測(cè)試，測(cè)試距離則達(dá)到500-1000m，因?yàn)镃AN總線是系統(tǒng)主要的通訊總線，在測(cè)試過(guò)程中，1000m位置的通訊功能良好，因此得到系統(tǒng)的通訊距離滿足要求。

對(duì)于急停功能的測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)設(shè)備的急停信息不能及時(shí)上傳至顯示界面，當(dāng)故障取消后，顯示界面仍然不能正常恢復(fù)。針對(duì)上述問(wèn)題，增加了信息接收的時(shí)間，同時(shí)改變程序中的邏輯判斷模塊，改善了故障界面不顯示和不能正常恢復(fù)的問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試，運(yùn)行系統(tǒng)觀察設(shè)備的運(yùn)行狀況，膠帶輸送機(jī)故障診斷界面可直觀顯示膠帶輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、滾筒等各部位的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備重要部件的實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)的完美結(jié)合，從而達(dá)到智能保護(hù)的目的，提高了系統(tǒng)自動(dòng)化水平的同時(shí)方便了工作人員的操作。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)礦用膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、通訊、報(bào)警和控制的功能，通過(guò)解決現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)程中的問(wèn)題，系統(tǒng)運(yùn)行順利，運(yùn)行過(guò)程中驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、滾筒等參數(shù)一切正常，實(shí)現(xiàn)了對(duì)膠帶輸送機(jī)的智能保護(hù)，便于操作維護(hù)的同時(shí)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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