張美玲

【摘 要】帶式輸送機(jī)是目前被廣泛應(yīng)用于煤礦產(chǎn)業(yè)中的工程設(shè)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(shù)的有效結(jié)合，分別從系統(tǒng)檢測方案、可編程邏輯控制器、通信系統(tǒng)以及軟件方面針對煤礦帶式輸送機(jī)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

【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(guān)鍵詞】煤礦；帶式輸送機(jī)；實(shí)時(shí)監(jiān)測；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

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

1 引言

煤礦產(chǎn)業(yè)作為我國的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，隨著近年來煤礦工程安全事故的頻繁發(fā)生，如何通過對現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的有效利用，提高我國煤礦產(chǎn)業(yè)的施工安全性引起了社會各界的廣泛關(guān)注。帶式輸送機(jī)作為煤礦工程中的主要施工設(shè)備，由于其在使用的過程較易出現(xiàn)跑偏、打滑以及撕裂的故障，嚴(yán)重時(shí)還將引發(fā)安全事故。因此，有必要加強(qiáng)對煤礦帶式輸送機(jī)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，才能在其出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，降低安全事故的發(fā)生率。

2 帶式輸送機(jī)的工作原理及特點(diǎn)

2.1 工作原理

帶式輸送機(jī)也被稱為膠帶輸送機(jī)，其作為一種以摩擦驅(qū)動為基本原理的物料運(yùn)輸器械，其主要由輸送帶、機(jī)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(jī)是由兩個(gè)端點(diǎn)的滾筒以及套在滾筒上的閉合輸送帶所組成，其中負(fù)責(zé)帶動傳動帶的滾筒為傳動滾筒，而另一個(gè)滾筒則主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對傳動帶運(yùn)動方向的改變。被稱為改向滾筒，在傳動滾筒的驅(qū)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(jìn)行移動[2]。

2.2 特點(diǎn)

通過對帶式輸送機(jī)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其作為煤礦工程中效率最高的運(yùn)輸設(shè)備，相較于其他運(yùn)輸設(shè)備，具有輸送距離長、輸送貨量大以及連續(xù)運(yùn)輸穩(wěn)定性等主要特點(diǎn)，同時(shí)，帶式輸送機(jī)具有運(yùn)行可靠的特點(diǎn)，可以有效實(shí)現(xiàn)自動化和集中化的控制，尤其是在高效的礦井工程當(dāng)中，帶式輸送機(jī)已經(jīng)成為煤炭開采機(jī)電一體化技術(shù)和裝備中的關(guān)鍵設(shè)備。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，不同于其他的輸送機(jī)類型，帶式輸送機(jī)的最大特點(diǎn)就是伸縮性，且設(shè)有儲帶倉，尾部可以隨著采煤工作面的推進(jìn)而適當(dāng)?shù)纳扉L或縮短，且具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，可以在不設(shè)置基礎(chǔ)的同時(shí)直接于巷道底板上鋪設(shè)，架構(gòu)輕巧，拆裝也十分簡便。

3 煤礦帶式輸送機(jī)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)檢測方案設(shè)計(jì)

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(jī)型號為DTL120/150/3×200，其在使用的過程中經(jīng)常于驅(qū)動部分出現(xiàn)故障，而振動信號作為一個(gè)較為敏感的參數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)即將出現(xiàn)或已經(jīng)出現(xiàn)信號時(shí)，設(shè)備的振動信號參數(shù)也將發(fā)生異常改變。因此，本研究將振動信號作為評估輸送機(jī)是否出現(xiàn)異常的主要觀察指標(biāo)，使用電視傳感器對其進(jìn)行信號采集。同時(shí)，轉(zhuǎn)子的磨損以及非平衡運(yùn)轉(zhuǎn)也將導(dǎo)致設(shè)備的溫度出現(xiàn)異常，因此本研究將溫度作為另一個(gè)評估參數(shù)，并在程序上將其設(shè)計(jì)為一旦所設(shè)置的參考量超過了極限值，則立即采取停機(jī)的方式保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備。

如圖1所示，本研究共設(shè)置了6個(gè)測量點(diǎn)，針對測量點(diǎn)的選擇通常選取距離承載部分最近的點(diǎn)作為測量點(diǎn)，其主要是因?yàn)樵摬课坏狞c(diǎn)具有較高的敏感性，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常。

根據(jù)本研究所使用帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)，共計(jì)使用24個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)了對振動速度測量信號的采集，而采集的模擬量信號在經(jīng)過轉(zhuǎn)換后將會變?yōu)?～5V電壓信號，同時(shí)輸入到不同的電壓輸入模塊當(dāng)中。針對溫度點(diǎn)的測量則使用PT鉑熱電阻傳感器，分別使用電機(jī)的前軸以及后軸軸瓦部分進(jìn)行測量，其主要是因?yàn)樵搮^(qū)域的反應(yīng)敏感度相對較高。根據(jù)上述要求，本研究內(nèi)的帶式輸送機(jī)共計(jì)設(shè)置了4個(gè)不同的溫度檢測點(diǎn)，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(guān)模塊以此來實(shí)現(xiàn)對部分故障所引發(fā)停機(jī)的保護(hù)控制，設(shè)計(jì)連接形式見圖2。

可編程邏輯控制器電路在對信號進(jìn)行計(jì)算以及分析的過程中，必須經(jīng)過有效的數(shù)字量處理，而這也要求必須利用電路擴(kuò)展模塊的方式才能實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)

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(tǒng)進(jìn)行模擬量轉(zhuǎn)化以及危險(xiǎn)警告等相關(guān)程序的編寫，分別對故障情況、工作畫面以及運(yùn)行曲線等顯示窗口進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并為工作人員提供各類相應(yīng)的監(jiān)控和維修參考方案，具體計(jì)算流程為模擬量輸入信號、模擬量輸出信號、實(shí)際工程值以及狀態(tài)判斷，根據(jù)判斷的結(jié)果將其分為狀態(tài)正常和預(yù)警提示，而預(yù)警提示則包括聲音報(bào)警提示和系統(tǒng)停機(jī)，維修人員可以根據(jù)報(bào)警的程度不同，分別采取不同的方式進(jìn)行故障排查和維修。

3.3 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于煤礦工程的工作環(huán)境比較惡劣，因此為了確保信號傳遞的準(zhǔn)確性，本研究的監(jiān)控系統(tǒng)也采用了工業(yè)以太網(wǎng)以此來實(shí)現(xiàn)對通信數(shù)據(jù)的傳輸，減少了其他的信號干擾。同時(shí)，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(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的傳輸，而針對距離超過500m的則可以采用遠(yuǎn)程光纖實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的傳輸。因此，本研究內(nèi)首先利用RS485實(shí)現(xiàn)與工程內(nèi)礦井下觸摸屏的對接，隨后使用光纖的形式利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與地面的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.4 軟件設(shè)計(jì)

針對監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，本研究利用組態(tài)軟件MCGS實(shí)現(xiàn)了對人機(jī)交互界面的有效設(shè)計(jì)，通過對窗口界面的設(shè)計(jì)以此來實(shí)現(xiàn)對故障警告值以及保護(hù)極限值的錄入，并以此來實(shí)現(xiàn)對礦井下帶式輸送機(jī)的有效動態(tài)監(jiān)測。其中，針對設(shè)備軟件的設(shè)置需要實(shí)現(xiàn)MCGS和可編程邏輯控制器的正常通信，而針對用戶窗口的設(shè)計(jì)則主要包括皮帶機(jī)的運(yùn)行曲線、故障記錄以及報(bào)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(jiān)測皮帶機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況以及出現(xiàn)的故障類型?？梢园l(fā)現(xiàn)，通過對皮帶機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的跟蹤監(jiān)測，進(jìn)一步證實(shí)了該系統(tǒng)可以有效展現(xiàn)出皮帶機(jī)的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，并為故障的及時(shí)報(bào)警和處理，維護(hù)設(shè)備的安全運(yùn)行產(chǎn)生了積極的影響。

4 結(jié)語

綜上所述，針對煤礦帶式輸送機(jī)的在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)以可編程邏輯控制器為主，通過其與傳感技術(shù)的結(jié)合，可以有效實(shí)現(xiàn)對皮帶運(yùn)行過程中的振動以及溫度等參數(shù)采集，從而生成了運(yùn)行狀態(tài)下的實(shí)時(shí)監(jiān)測工作參數(shù)和報(bào)告，使其在發(fā)生異常時(shí)可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)，降低了設(shè)備的安全事故發(fā)生率。因此，各煤礦施工企業(yè)應(yīng)當(dāng)廣泛將該系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)踐操作中，以此來為工程的安全穩(wěn)定開展奠定良好的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】劉露露.基于CAN總線的煤礦帶式輸送機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案[J].煤礦機(jī)電，2017，13（1）：74-76.

【2】靳華偉，張新，王傳禮，等.煤礦帶式輸送機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真實(shí)驗(yàn)[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2017，37（1）：44-48.