李 博

（華陽集團(tuán)二礦機(jī)電工區(qū)，山西 陽泉 045008）

引言

皮帶輸送機(jī)主要承擔(dān)煤礦生產(chǎn)中煤炭、矸石的運(yùn)輸任務(wù)，其運(yùn)行安全性和可靠性決定工作面的運(yùn)輸效率，進(jìn)而影響煤礦的生產(chǎn)能力。隨著皮帶輸送機(jī)朝著大運(yùn)量、長距離以及高運(yùn)速的方向發(fā)展，鋼絲繩皮帶輸送機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。但是皮帶輸送機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中在啟停階段、運(yùn)行階段均存在安全隱患，故需對(duì)其各個(gè)階段進(jìn)行綜合保護(hù)，尤其是對(duì)運(yùn)行階段重點(diǎn)保護(hù)[1]。因此，著重對(duì)皮帶輸送機(jī)的綜合保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1 綜合保護(hù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文所研究皮帶輸送機(jī)為鋼絲繩皮帶，其主要參數(shù)如表1所示：

表1 鋼絲繩皮帶輸送機(jī)主要參數(shù)

為保證皮帶輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)能夠?qū)υO(shè)備可能故障進(jìn)行全面監(jiān)測，為其配置多種監(jiān)測傳感器和控制模塊。根據(jù)綜合保護(hù)系統(tǒng)針對(duì)不同的保護(hù)類型，將綜合保護(hù)系統(tǒng)分為變頻控制系統(tǒng)、監(jiān)測控制系統(tǒng)以及弱磁在線檢測系統(tǒng)。其中，變頻控制系統(tǒng)主要對(duì)皮帶輸送機(jī)在啟動(dòng)和停機(jī)過程中的故障進(jìn)行監(jiān)測控制，保證設(shè)備可平穩(wěn)啟動(dòng)或停機(jī)；監(jiān)測控制系統(tǒng)主要對(duì)設(shè)備運(yùn)行階段的跑偏、溫度超限、打滑以及撕裂等故障進(jìn)行監(jiān)測，即對(duì)設(shè)備動(dòng)態(tài)特性的監(jiān)測；弱磁在線檢測系統(tǒng)主要對(duì)輸送帶的斷帶、腐蝕以及腐蝕位移進(jìn)行監(jiān)測[2]。

電機(jī)變頻控制系統(tǒng)的搭建：采用交流接觸器和變頻器對(duì)皮帶輸送機(jī)電機(jī)的啟動(dòng)和停止進(jìn)行控制。其中，系統(tǒng)主要采用空氣開關(guān)對(duì)啟停階段的過載或短路現(xiàn)象進(jìn)行保護(hù)。

皮帶輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是基于多種類型的傳感器、信號(hào)處理分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)和上位機(jī)顯示系統(tǒng)組成。本文所設(shè)計(jì)皮帶輸送機(jī)綜合保護(hù)的監(jiān)控系統(tǒng)分為兩個(gè)模塊。其中，模塊一主要對(duì)設(shè)備跑偏、打滑、撕裂、堆煤、煙霧等故障進(jìn)行監(jiān)測，并實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警；模塊二主要對(duì)輸送機(jī)皮帶的斷帶事故進(jìn)行保護(hù)，設(shè)備發(fā)生斷帶事故后能夠及時(shí)控制抓捕電路啟動(dòng)抓捕器，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷裂輸送帶的抓捕任務(wù)[3]。

弱磁檢測系統(tǒng)主要是對(duì)鋼絲繩皮帶內(nèi)外的斷絲、腐蝕、磨損以及變形等現(xiàn)象進(jìn)行檢測。系統(tǒng)基于磁加載模塊和磁檢測模塊對(duì)鋼絲繩的剩磁進(jìn)行檢測，從而判斷出鋼絲繩皮帶是否存在內(nèi)外部斷絲、腐蝕、磨損等問題的出現(xiàn)。弱磁檢測系統(tǒng)組成如圖1所示：

圖1 弱磁檢測系統(tǒng)組成示意圖

如圖1所示，鋼絲繩上下兩個(gè)磁加載模塊對(duì)皮帶中的鐵磁性材料進(jìn)行磁化處理后，通過磁檢測模塊中的漏磁放大器對(duì)皮帶鐵磁性材料中剩磁進(jìn)行檢測，從而得出準(zhǔn)確鋼絲繩皮帶存在的問題，甚至還能夠檢測出鋼絲繩焊點(diǎn)的損傷程度和具體損傷位置。

2 綜合保護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為確保皮帶輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)具體保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)，將其對(duì)應(yīng)的控制軟件分為皮帶輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件和弱磁安全檢測系統(tǒng)的軟件。將皮帶輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)分為三個(gè)層次，分別為應(yīng)用層、協(xié)議層以及硬件層。其中，應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)綜合保護(hù)系統(tǒng)的人機(jī)交互界面、監(jiān)測和控制指令的發(fā)送、數(shù)據(jù)接收及顯示等功能；協(xié)議層根據(jù)采應(yīng)用層與硬件層的通信協(xié)議包括有RS232串口通信協(xié)議和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議；硬件層為對(duì)設(shè)備各種故障監(jiān)測所需的傳感器包括有運(yùn)行監(jiān)控傳感器、弱磁傳感器和相應(yīng)的執(zhí)行部件包括變頻器和斷帶抓捕器。

2.1 運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

為了能夠體現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)的“綜合”概念，將皮帶輸送機(jī)的變頻控制系統(tǒng)和運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)顯示于同一個(gè)界面中。其中，電機(jī)變頻控制系統(tǒng)主要對(duì)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)、停止、頻率等進(jìn)行控制，期間對(duì)電機(jī)的扭矩、電流、頻率等進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果顯示于上位機(jī)界面；運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)通過采集堆煤、撕裂、跑偏、超溫等傳感器的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)顯示存在的問題。皮帶輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控界面如圖2所示：

圖2 皮帶輸送機(jī)運(yùn)行監(jiān)控界面示意圖

2.2 弱磁檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

弱磁檢測系統(tǒng)是鋼絲繩皮帶狀態(tài)監(jiān)測的關(guān)鍵，基于監(jiān)測結(jié)果可以預(yù)測鋼絲繩皮帶可能發(fā)生的失效形式。因此，弱磁檢測系統(tǒng)主要包括對(duì)鋼絲繩皮帶鐵磁性材料剩磁數(shù)據(jù)的采集模塊、對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析和處理模塊、數(shù)據(jù)在上位機(jī)的顯示模塊和輸出模塊[4]。結(jié)合弱磁檢測系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計(jì)如圖3所示的功能模塊框圖。

如圖3所示，弱磁檢測系統(tǒng)的基本功能包括對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)的配置、根據(jù)控制需求對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、對(duì)傳感器完成自檢和標(biāo)定工作、對(duì)檢測功能的選擇、對(duì)所采集數(shù)據(jù)的記錄和查詢以及上位機(jī)顯示功能。

3 綜合保護(hù)的系統(tǒng)的應(yīng)用

圖3 弱磁檢測系統(tǒng)的軟件功能框圖

皮帶輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)分為電機(jī)運(yùn)行監(jiān)控分系統(tǒng)和弱磁檢測分系統(tǒng)。本節(jié)分別對(duì)兩個(gè)分系統(tǒng)的應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證。

3.1 電機(jī)運(yùn)行監(jiān)控分系統(tǒng)的運(yùn)行效果驗(yàn)證

電機(jī)運(yùn)行監(jiān)控分系統(tǒng)的監(jiān)測效果如圖4所示：

圖4 電機(jī)運(yùn)行監(jiān)控分系統(tǒng)運(yùn)行界面

如圖4所示，將電機(jī)的運(yùn)行頻率設(shè)定為5 Hz，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)電機(jī)的頻率恒定為5 Hz；且對(duì)應(yīng)工況下電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩平均值為0.423 N·m，輸出電流平均值為0.439 A，輸出電壓平均值為540 V?？偟膩碇v，基于電機(jī)運(yùn)行監(jiān)控分系統(tǒng)可對(duì)系統(tǒng)電機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)通過曲線的形式顯示出來，并且當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)亮紅燈表示故障類型[5]。

3.2 弱磁檢測系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證

將弱磁檢測系統(tǒng)按照如圖3所示的步驟對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置完畢后開始運(yùn)行，對(duì)鋼絲繩皮帶的實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如下頁圖5所示。

如下頁圖5所示，對(duì)皮帶輸送機(jī)分別配置七個(gè)磁檢測模塊，對(duì)其七個(gè)位置的情況進(jìn)行監(jiān)測。圖中左側(cè)曲線為鋼絲繩皮帶加磁后的曲線，圖中右側(cè)曲線為鋼絲繩皮帶剩磁檢測曲線。通過對(duì)比左右兩側(cè)曲線可知，鋼絲繩皮帶未出現(xiàn)磨損、斷絲以及腐蝕等故障。

圖5 弱磁檢測系統(tǒng)檢測結(jié)果

4 結(jié)語

皮帶輸送機(jī)為綜采工作面的主要運(yùn)輸設(shè)備，為保證其運(yùn)行的安全性和運(yùn)輸效率，需加強(qiáng)對(duì)設(shè)備各個(gè)階段的保護(hù)，尤其是對(duì)啟停階段電機(jī)電流、輸出扭矩、電壓等參數(shù)的監(jiān)測，對(duì)設(shè)備運(yùn)行階段皮帶是否會(huì)跑偏、斷帶、堆煤、超溫等故障進(jìn)行監(jiān)測，基于弱磁檢測系統(tǒng)對(duì)鋼絲繩皮帶的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。