皮帶機(jī)故障監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

安徽理工大學(xué) 姚 峰

該故障監(jiān)測系統(tǒng)的主要目的：利用不斷地測試，然后結(jié)合相關(guān)的控制理論形成一個體系，從而建立起一個完整的煤礦皮帶運輸機(jī)的故障監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對帶速監(jiān)測、也可以監(jiān)測皮帶是否過載、皮帶是否打滑、皮帶是否有劃傷以及是否有斷帶情況的出現(xiàn)，于此同時，它也能監(jiān)測皮帶機(jī)中的聯(lián)軸器是否斷開、皮帶是否跑偏，而煙霧、溫度等有關(guān)參數(shù)的檢測也能同步進(jìn)行并且能及時地對相應(yīng)故障做出預(yù)警，從而減少事故的發(fā)生。

1 系統(tǒng)功能

本皮帶生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)由防爆電腦、礦用顯示器、各分站控制箱，各類保護(hù)傳感器、語音電話、控制電纜等主要設(shè)備。

該系統(tǒng)把主站的PLC以及分站當(dāng)作主干，并額外添加了語音通訊，視頻監(jiān)控，雷達(dá)物位監(jiān)測等模塊，可以完成自動控制。也可以讓主控PLC、人機(jī)接口模塊以及現(xiàn)場設(shè)備模塊之間實現(xiàn)通訊并產(chǎn)生聯(lián)系，這樣就能讓整個帶式傳輸機(jī)器實現(xiàn)集中控制。其中，控制PLC選用高性能可編程控制器，該PLC控制箱可通過工業(yè)以太網(wǎng)與礦井綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)使用。

2 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計方案

現(xiàn)依據(jù)XX礦的井下帶式輸送機(jī)運輸故障監(jiān)測系統(tǒng)的目前情況，具體從現(xiàn)場煤礦運輸監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦圖像監(jiān)視系統(tǒng)、礦用廣播通信系統(tǒng)和雷達(dá)物位監(jiān)測裝置等四個系統(tǒng)模塊進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計。

2.1 煤礦運輸監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1.1 系統(tǒng)功能

（1）數(shù)據(jù)采集功能

控制系統(tǒng)應(yīng)能對生產(chǎn)系統(tǒng)運行設(shè)備的各種參數(shù)進(jìn)行實時采集并上傳至主機(jī)。主要數(shù)據(jù)包括模擬量和數(shù)字量兩類。細(xì)分為如下部分：

模擬量參數(shù)據(jù)主要有：膠帶輸送機(jī)速度、電機(jī)溫度、電流等；

數(shù)字量參數(shù)主要有：生產(chǎn)系統(tǒng)各運行設(shè)備的起停狀態(tài)等；

（2）監(jiān)測保護(hù)功能

該系統(tǒng)可以對像速度、溫度、電流等這樣的連續(xù)量進(jìn)行檢測。也可以利用對速度傳感器信號情況的測試，進(jìn)行皮帶打滑、皮帶過速、皮帶欠速和斷帶保護(hù)。該系統(tǒng)也能夠?qū)﹄姍C(jī)的軸承、繞組，滾筒的溫度等進(jìn)行檢測與顯示。

2.1.2 傳感器的安裝與調(diào)試

速度傳感器：速度傳感器的磁鋼需要被安裝到從動滾筒的一邊，并且需要被固定在從動滾筒的上方，而速度傳感器則需要被釘固在皮帶機(jī)的機(jī)架上，其感應(yīng)端則需要對著磁鋼的方向且距磁鋼5～10mm遠(yuǎn)的距離固定。

溫度傳感器：溫度傳感器需要被安裝在皮帶機(jī)的主動滾筒和皮帶接觸面的旁邊，而溫度探頭需要被懸掛在皮帶機(jī)的主滾筒和皮帶接觸面的5～10cm處。

煤位傳感器：煤位傳感器需要被安裝在煤倉上面的合適的位置。

煙霧傳感器：煙霧傳感器需要被安裝在主動滾筒上面的下風(fēng)口的位置。縱撕傳感器：縱撕傳感器需要被安裝在給煤機(jī)前面的適當(dāng)位置。跑偏傳感器：跑偏傳感器需要被安裝在機(jī)頭和機(jī)尾的適當(dāng)位置，或者按照從頭到尾一百米一對的方式進(jìn)行安裝。

拉線開關(guān)：拉線開關(guān)需要被安裝在皮帶機(jī)架的人行一側(cè)，安裝方式是一種按照從機(jī)頭到機(jī)尾每一百米安裝一只的方法，并且要把所有的拉線開關(guān)都用鋼絲繩連接。安裝圖如圖1所示。

圖1 傳感器安裝示意圖

2.2 煤礦圖像監(jiān)視系統(tǒng)

可以利用視頻攝像儀去采集現(xiàn)場的圖像信息，同時利用光纖通訊介質(zhì)把它上傳到集控室，這樣的情況下，可以配合工況圖可以直觀方便對皮帶機(jī)和給煤機(jī)進(jìn)行控制，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性。在井下每條皮帶機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾及給煤機(jī)上下口等重要部位安裝攝像儀，采集重要設(shè)備的運行狀態(tài)，并將視頻畫面上傳至地面顯示屏；達(dá)到操作人員對井下皮帶機(jī)、給煤機(jī)等的操作，實現(xiàn)井下無人值守，從而實現(xiàn)自動化減人、提高生產(chǎn)效率、降低人員成本等目的。

根據(jù)井下現(xiàn)場情況，在井下主運皮帶機(jī)設(shè)置多處監(jiān)控點，光纖攝像儀KBA176采用海康威視機(jī)芯，攝像儀采用光纖級聯(lián)方式接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)上傳至地面集控室；集控中心設(shè)置一臺海康威視硬盤錄像機(jī)和一臺視頻監(jiān)控主機(jī)，對現(xiàn)場視頻畫面進(jìn)行錄像、查詢、顯示。如圖2所示。

圖2 煤礦圖像監(jiān)視系統(tǒng)

2.3 礦用廣播通信系統(tǒng)

前端的部分：該系統(tǒng)的井下部分主要由礦用本安型廣播分站、電源等成分組成；他們主要用于與地面廣播主機(jī)對講，同時也可以和區(qū)域內(nèi)其它廣播分站對講，主要用于地面廣播，當(dāng)皮帶機(jī)發(fā)生故障時，相關(guān)人員可以利用該系統(tǒng)進(jìn)行通告。

傳輸所用的設(shè)備：傳輸平臺主要是利用環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，它的好處就是可以讓礦上現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺可以輕松實現(xiàn)對接，從而能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳輸，避免線纜的過度使用。

在中心控制的設(shè)備：該部分主要是由廣播主機(jī)、地面語音網(wǎng)關(guān)等部分組成，他們的職責(zé)主要是發(fā)生緊急情況時候的指揮、并且記錄廣播分站信息和對講錄音，也可以實現(xiàn)地面信號與井下信號轉(zhuǎn)換傳輸并且查看井下礦用本安型廣播、顯示屏在線狀態(tài)等。同時也可實現(xiàn)話機(jī)調(diào)度對講。其設(shè)計方案如圖3所示。

圖3 礦用廣播通信系統(tǒng)

2.4 ZUL70礦用雷達(dá)物位監(jiān)測裝置

礦用雷達(dá)物位檢測裝置的設(shè)計如圖4所示。

圖4 礦用雷達(dá)物位監(jiān)測裝置

總結(jié)：本篇文章主要從現(xiàn)場煤礦運輸監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦圖像監(jiān)視系統(tǒng)、礦用廣播通信系統(tǒng)和雷達(dá)物位監(jiān)測裝置等四個模塊加以設(shè)計，建立起一個完整的煤礦皮帶運輸機(jī)的故障監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對帶速監(jiān)測、也可以監(jiān)測皮帶是否過載、皮帶是否打滑、皮帶是否有劃傷以及是否有斷帶情況的出現(xiàn)，于此同時，它也能監(jiān)測皮帶機(jī)中的聯(lián)軸器是否斷開、皮帶是否跑偏，而煙霧、溫度等有關(guān)參數(shù)的檢測也能同步進(jìn)行并且能及時地對相應(yīng)故障做出預(yù)警，從而減少事故的發(fā)生。