龐德龍 白希

北方重工集團(tuán)有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110000

帶式輸送機(jī)作為煤礦開(kāi)采中的重要設(shè)備，保證其結(jié)構(gòu)具有較好的運(yùn)行性能，則是保證煤礦高產(chǎn)量的重要基礎(chǔ)。而由于井下環(huán)境的相對(duì)惡劣及帶式輸送機(jī)自身存在的問(wèn)題，導(dǎo)致其在運(yùn)行過(guò)程中時(shí)常出現(xiàn)打滑、跑偏、振動(dòng)劇烈、溫度過(guò)高等不同類型的故障現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著設(shè)備的正常運(yùn)行及人員的作業(yè)安全。因此，有必要在帶式輸送機(jī)上設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及故障排除。通過(guò)重點(diǎn)分析帶式輸送機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的故障問(wèn)題，從系統(tǒng)的總體系統(tǒng)方案、變頻器、環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)等方面，開(kāi)展了帶式輸送機(jī)運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，并將該監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用測(cè)試，由此，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。這為提高帶式輸送機(jī)的運(yùn)行安全提供了有效保障[1]。

1 煤礦帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)

1.1 安全回路

一種新型的安全回路形式將會(huì)在煤礦帶式輸送機(jī)總線內(nèi)部發(fā)揮更大的作用。這樣一種獨(dú)立的微控制器將會(huì)和安全回路會(huì)在12V電壓內(nèi)部疊加某一個(gè)頻率的信號(hào)。這樣，帶式輸送機(jī)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍然能夠接受到與任何一個(gè)急停開(kāi)關(guān)相關(guān)的信號(hào)。所有的數(shù)據(jù)線路都能夠被安裝在同一電纜內(nèi)部，從而讓安裝和維護(hù)變得更加方便。

1.2 語(yǔ)音對(duì)講

可以在帶式輸送機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部布置語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)。其中，可以每隔100m就布置一個(gè)語(yǔ)音對(duì)講設(shè)備，方便大家更好地進(jìn)行聯(lián)系。注意將設(shè)備中的信號(hào)都能夠接入于主要控制器內(nèi)部，從而使得語(yǔ)音能夠到達(dá)控制器內(nèi)部的任何一個(gè)地方，這樣就可以在集控中心更好地實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)功能。

2 煤礦帶式輸送機(jī)主要技術(shù)配件

2.1 精密減速器

目前，精密減速器已經(jīng)被運(yùn)用于煤礦帶式輸送機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，往往能夠讓機(jī)器實(shí)現(xiàn)有效地啟動(dòng)和停車。這樣一個(gè)精密的減速器不僅剛度較高，而且在運(yùn)作的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較低的噪音。在實(shí)際操作的過(guò)程中，也可以運(yùn)用精密減速器來(lái)采集相應(yīng)的狀態(tài)。并全面將啟動(dòng)、停止、緩沖、加速和其他操作步驟有效地結(jié)合在一起，從而更好地對(duì)煤礦帶式輸送機(jī)進(jìn)行全面控制[2]。

2.2 盤型制動(dòng)器

目前，該煤礦帶式輸送機(jī)內(nèi)部的盤型制動(dòng)器屬于一種新型的制動(dòng)器。不僅在使用的過(guò)程中會(huì)有較小的慣性，且可以有效地被調(diào)節(jié)。另外，該盤型制動(dòng)器在使用過(guò)程中的可靠性也較高，其使用過(guò)程中也會(huì)表現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)。

3 煤礦帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 總體方案設(shè)計(jì)

結(jié)合帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中，在現(xiàn)有的帶式輸送機(jī)控制中心設(shè)置了監(jiān)控上機(jī)位、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、PLC控制主站等設(shè)備，可通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與地面各分站點(diǎn)調(diào)度中心及PLC控制器的有效連接。PLC控制主站下面設(shè)置了三個(gè)控制分站，包括1#集控室分站、2#煤倉(cāng)頂分站、3#井底防爆箱分站等，分別起到數(shù)據(jù)處理及傳輸、對(duì)煤倉(cāng)頂實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制輸送機(jī)機(jī)尾設(shè)備等功能。同時(shí)，在設(shè)備的皮帶兩側(cè)，各安置了各類保護(hù)設(shè)備，包括：GSC-200/1000速度傳感器、KHJ24串聯(lián)式觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、GEJ25-40跑偏報(bào)警裝置、GW50A(G)溫度傳感器等，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控運(yùn)輸系統(tǒng)。另外，PLC控制器與上機(jī)位之間的通訊則主要采用了以太網(wǎng)方式進(jìn)行連接，而PLC主站與分站之間則采用了Profinet的以太網(wǎng)總線電纜進(jìn)行通訊，針對(duì)較遠(yuǎn)距離時(shí)，采用了光纜進(jìn)行通訊連接，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗干擾性及通訊效果。

3.2 主控處理器選型

本系統(tǒng)為適用礦井下復(fù)雜環(huán)境，以STM32F103ZET6為核心的嵌入式控制芯片，其性能相比于8bit單片機(jī)內(nèi)核更為強(qiáng)大，功耗更低，專門實(shí)用于工業(yè)控制和消費(fèi)電子等領(lǐng)域但成本其成本僅略高于8bit單片機(jī)。STM32F103ZET6型號(hào)的控制處理器有如下特點(diǎn)：（1）具有12位的數(shù)模轉(zhuǎn)化端口，每個(gè)ADC端口都有18個(gè)通道，這些通道中每個(gè)都可以單獨(dú)處于信號(hào)讀取工作模式，并將讀取結(jié)果存放在16位的寄存器中，方便對(duì)多種數(shù)據(jù)的采集與處理。（2）擁有USART串口數(shù)為3個(gè)，通過(guò)此串口可以對(duì)指定的數(shù)據(jù)與外部連接設(shè)備進(jìn)行通信連接。（3）此芯片存儲(chǔ)器容量為521kB，144個(gè)引腳，能同時(shí)輸出多路PWM控制信號(hào)[3]。

3.3 環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在整個(gè)運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)中，由于設(shè)置了一個(gè)主站及三個(gè)分站，且主站及分站之間主要通過(guò)以太網(wǎng)方式進(jìn)行通信連接。故在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在各個(gè)設(shè)備之間設(shè)置了兩光兩電的交換機(jī)設(shè)備，通過(guò)光電的相互轉(zhuǎn)換，在設(shè)備之間形成了一個(gè)冗余的通訊環(huán)網(wǎng)。該環(huán)網(wǎng)中，主站上的交換機(jī)與百兆交換機(jī)進(jìn)行連接交換，之后再與礦井信息平臺(tái)上的千兆交換機(jī)進(jìn)行連接交換，最終將交換后的數(shù)據(jù)信號(hào)輸送至調(diào)度室中，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC 控制器與監(jiān)控中心的通信連接。當(dāng)帶式輸送機(jī)中的某個(gè)部件出現(xiàn)故障而無(wú)法正常使用時(shí)，可通過(guò)在該環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)保證相關(guān)部件的正常通信使用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文首先對(duì)煤礦所需帶式輸送機(jī)電控系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)與需求進(jìn)行分析，再對(duì)其啟動(dòng)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算建模，根據(jù)動(dòng)力學(xué)分析求出最佳激勵(lì)輸入可以輸送機(jī)壽命最優(yōu)化。并以此以DSP數(shù)字處理器為核心設(shè)計(jì)相關(guān)硬件電路與變頻啟動(dòng)電控系統(tǒng)。在綜合考慮各方面的因素后，實(shí)際運(yùn)行所設(shè)計(jì)電控系統(tǒng)，有效保證帶式輸送機(jī)的長(zhǎng)運(yùn)距、大運(yùn)量可靠運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，適合用于煤礦生產(chǎn)。