張美玲

（壽陽(yáng)縣煤礦安全信息調(diào)度中心，山西壽陽(yáng)045499）

1 引言

煤礦產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，隨著近年來(lái)煤礦工程安全事故的頻繁發(fā)生，如何通過(guò)對(duì)現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的有效利用，提高我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)的施工安全性引起了社會(huì)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(guò)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(duì)煤礦帶式輸送機(jī)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，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(dòng)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(dòng)裝置等組成[1]。從工作原理來(lái)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(dòng)傳動(dòng)帶的滾筒為傳動(dòng)滾筒，而另一個(gè)滾筒則主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)帶運(yùn)動(dòng)方向的改變。被稱為改向滾筒，在傳動(dòng)滾筒的驅(qū)動(dòng)作用下，使傳動(dòng)帶可以利用傳動(dòng)滾輪與傳送帶之間的摩擦力而進(jìn)行移動(dòng)[2]。

2.2 特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)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(zhǎng)、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(dòng)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(chǔ)帶倉(cāng)，尾部可以隨著采煤工作面的推進(jìn)而適當(dāng)?shù)纳扉L(zhǎng)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(jiǎn)便。

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

3.1 系統(tǒng)檢測(cè)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(hào)為DTL120/150/3×200，其在使用的過(guò)程中經(jīng)常于驅(qū)動(dòng)部分出現(xiàn)故障，而振動(dòng)信號(hào)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(hào)時(shí)，設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)參數(shù)也將發(fā)生異常改變。因此，本研究將振動(dòng)信號(hào)作為評(píng)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(duì)其進(jìn)行信號(hào)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(píng)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(guò)了極限值，則立即采取停機(jī)的方式保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備。

圖1 振動(dòng)速度的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

如圖1所示，本研究共設(shè)置了6個(gè)測(cè)量點(diǎn)，針對(duì)測(cè)量點(diǎn)的選擇通常選取距離承載部分最近的點(diǎn)作為測(cè)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(guò)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(duì)振動(dòng)速度測(cè)量信號(hào)的采集，而采集的模擬量信號(hào)在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后將會(huì)變?yōu)?～5V電壓信號(hào)，同時(shí)輸入到不同的電壓輸入模塊當(dāng)中。針對(duì)溫度點(diǎn)的測(cè)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(cè)量，其主要是因?yàn)樵搮^(qū)域的反應(yīng)敏感度相對(duì)較高。根據(jù)上述要求，本研究?jī)?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(cè)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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。

圖2 模塊設(shè)計(jì)連接形式圖

可編程邏輯控制器電路在對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算以及分析的過(guò)程中，必須經(jīng)過(guò)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(duì)振動(dòng)信號(hào)以及溫度信號(hào)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(guò)對(duì)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(duì)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(hào)、模擬量輸出信號(hào)、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(hào)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)通信數(shù)據(jù)的傳輸，減少了其他的信號(hào)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(duì)距離小于500m的可以采用RS485總線實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸，而針對(duì)距離超過(guò)500m的則可以采用遠(yuǎn)程光纖實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸。因此，本研究?jī)?nèi)首先利用RS485實(shí)現(xiàn)與工程內(nèi)礦井下觸摸屏的對(duì)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(duì)監(jiān)測(cè)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(duì)人機(jī)交互界面的有效設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)窗口界面的設(shè)計(jì)以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障警告值以及保護(hù)極限值的錄入，并以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井下帶式輸送機(jī)的有效動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。其中，針對(duì)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(duì)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(guò)對(duì)此類窗口的利用，以此來(lái)密切監(jiān)測(cè)皮帶機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況以及出現(xiàn)的故障類型。可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)皮帶機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的跟蹤監(jiān)測(cè)，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(yǔ)

綜上所述，針對(duì)煤礦帶式輸送機(jī)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)以可編程邏輯控制器為主，通過(guò)其與傳感技術(shù)的結(jié)合，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)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(cè)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(lái)為工程的安全穩(wěn)定開展奠定良好的基礎(chǔ)。