礦用隔爆型煤量掃描裝置設計與應用

王 杰

(大同煤礦集團 馬道頭煤業有限責任公司，山西 大同 037100)

礦用隔爆型煤量掃描裝置主要用于礦山運輸設備煤量的檢測。其原理是運用紅外激光掃描方法得到煤量的信息，通過集成在設備上的通訊總線發送到其他控制系統。適用于有爆炸性危險環境的場所，如煤礦井下煤炭膠帶運輸巷道、地面煤倉膠帶走廊、選煤廠洗選車間等。

1 方案設計

1.1 設計環境要求

運行環境空氣溫度不高于+40℃，不低于 0℃；空氣相對濕度 5%～95%，無結露；有瓦斯爆炸及煤塵爆炸危險；無劇烈振動與沖擊的地方；污染等級為 3 級；無漏水的地方。

1.2 結構設計

煤量掃描裝置主要由隔爆箱體、掃描儀、交換機、工業電腦等部件組成，見圖1，掃描裝置電氣原理見圖2。

圖1 煤量掃描裝置內部結構

1) 開關電源。開關電源為探測器提供工作電源，主要技術參數：輸入電壓為AC127 V，輸出電壓為DC24 V。

2) 隔爆箱體。隔爆箱體由主工作腔與接線腔組成，兩腔之間連線采用隔爆穿墻接線端聯接，門蓋采用螺釘門結構。

圖2 掃描裝置電氣原理

3) 掃描儀。采用激光掃描儀來測量煤位的高度。其工作原理為：在掃描范圍α內，掃描儀輸出每個斷面各測量點的距離hi，算得面積微元ΔSi，據此可以計算膠帶輸送機上煤流斷面積S， 并得到外型輪廓和坐標定位等信息，再引入膠帶輸送機運行速度就可以計算出煤流的體積，乘以煤體密度從而得出實時的煤流量。該掃描儀具有：掃描角度大，能夠掃描 0.8～2 m 的輸送機帶寬；掃描距離遠，只要反射率不低于 10%，有效掃描距離均可達10 m；抗干擾能力強，數據傳輸快等特點，掃描原理如圖3 所示。

圖3 掃描原理

4) 工業電腦。工業電腦里運行有分析軟件，用于：① 與掃描儀通訊并接收掃描儀所測量的數據；② 對掃描儀的原始數據進行分析和處理，以獲得所需要的實時煤量數據；③ 提供標準的Modbus TCP 接口，使得外部控制器可以通過 Modbus TCP 接口獲取實時煤量數據用于進一步的分析和控制。

5) 交換機。交換機主要用來接收掃描儀測量數據，并通過標準網線或者光纜傳輸給數據采集中心進行數據處理，從而獲得煤量信息。在配置電源中轉箱時(電源中轉箱內配置以太網光電交換機，將信號轉化為光纖以太網接口)，標準接口為 RJ45 以太網接口；當直接和環網連接時，可采用光纖以太網接口(SC 接口)。

2 現場安裝

2.1 固件安裝

煤量掃描裝置在膠帶輸送機安裝位置見示意圖4。圖中的龍門框或者安裝支架需要根據實際情況自行設計，安裝高度在1～10 m范圍內，將安裝調整座與煤量掃描裝置安裝在一起并用2-M16X45螺釘固定。

圖4 煤量掃描裝置安裝位置示意

2.2 電氣連接

連接選擇最大外徑為10～12 mm的光纜與電纜，光纜采用具有MA 認證的6芯光纜，電纜采用具有MA認證的移動電纜。煤量掃描裝置和控制箱的通訊可以選擇網線或者光纖，只需要連接一種即可。連接完成后將接線腔蓋板重新安裝好，在安裝過程中注意保護好隔爆面，以免損傷隔爆面。由于不能確保光纜電纜連接設備同步運動，所以必須確保光纜和電纜有足夠的預留長度，一般不低于20 m。

3 報警和故障指示

煤量掃描裝置采用了故障診斷技術，通過控制中心對該裝置進行故障報警，見表1。

4 維護和清潔

4.1 維 護

在日常維修維護前，請確保將煤量掃描裝置前級供電電源切斷并掛牌警示；使用萬用表檢查并確認電源端子處的電壓為 0 V；對設備整體進行維修與維護必須將探測器從安裝支架上拆下來，以確保維修維護工作安全進行。按照維護計劃中規定的周期目視檢查探測器及其附近區域，并注意以下各項：①防爆箱體內和玻璃上積聚的粉塵；②電纜和電線及其屏蔽層的連接是否緊固；③電纜絕緣的完整性，不得損壞外部電纜護套；④信號和動力電纜的正確類型。如需更換零件，將煤量掃描裝置前門打開，參照零部件位置圖更換對應零部件，更換零部件時注意保護好隔爆面以及防止水與粉塵進入殼體內部。

表1 報警和故障指示

4.2 清 潔

由于電氣元件和接線上的粉塵可導致故障和元器件損壞，而松散的連接中可能積聚粉塵和濕氣，會導致低電平信號丟失。出于這些方面的原因考慮，應定期檢查箱體并在必要時清潔。透明玻璃上粉塵會影響掃描儀掃描精度， 因此必須確保玻璃表面的清潔。在清潔時，請注意以下幾點：①將設備或組件蓋住，以防止污物進入；②可以使用真空吸塵器和無紡清潔布清除玻璃上和殼內粉塵；③應使用吸水和吸油的超細纖維清除零部件上的油性或油脂沉積物。

5 結 語

礦用隔爆型煤量掃描裝置在某大型礦井千萬噸綜放工作面膠帶輸送機進行了為期半年的工業試驗，通過對現場采集煤量數據與理論計算比較，結果表明，新設計的煤量掃描裝置生成煤量數據與理論計算值偏差在2%以內，較傳統的膠帶電子秤精度更高，而且運行可靠性好，故障率極低，完全可以滿足綜放工作面日常煤量監測，有較好的推廣應用價值。