薛志鵬

（山西煤礦安全培訓(xùn)中心，山西 太原 030002）

引言

煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)分為主要運(yùn)輸和輔助運(yùn)輸。其中，帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)、提升機(jī)為綜采工作面的主要運(yùn)輸系統(tǒng)。帶式輸送機(jī)應(yīng)用較為廣泛，其運(yùn)輸效率和安全性將直接影響整個(gè)工作面的生產(chǎn)能力。在實(shí)際生產(chǎn)中，帶式輸送機(jī)常會(huì)出現(xiàn)跑偏、打滑、撕裂、斷帶以及張緊力下降等故障，嚴(yán)重影響設(shè)備的運(yùn)輸效率和安全性[1]。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并對(duì)故障信息進(jìn)行及時(shí)處理對(duì)于保證礦井的安全、高效生產(chǎn)具有重要意義。本文重點(diǎn)基于PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的綜合保護(hù)，具體闡述如下：

1 帶式輸送機(jī)故障類型分析與檢測(cè)

在實(shí)際生產(chǎn)中帶式輸送機(jī)常見(jiàn)的故障類型包括輸送帶跑偏、打滑、堆煤、縱向撕裂、斷帶等事故。本節(jié)重點(diǎn)對(duì)上述故障的行程原因和檢測(cè)方法進(jìn)行分析。

1.1 跑偏故障的原因分析與檢測(cè)

一般情況下，當(dāng)輸送帶偏移帶式輸送機(jī)輸送帶寬度的5%，定義為輸送帶出現(xiàn)跑偏的現(xiàn)象。經(jīng)研究可知，導(dǎo)致帶式輸送機(jī)輸送帶出現(xiàn)跑偏的主要原因包括有機(jī)架的剛性較差、輸送帶落料口不合理、輸送帶接頭不直、機(jī)架的安裝不垂直以及滾筒安裝誤差較大等。在實(shí)際應(yīng)用中為了減小帶式輸送機(jī)輸送帶跑偏的情況常采用錐形調(diào)心托輥、立輥式調(diào)心托輥、摩擦調(diào)心托輥、吊掛式托輥組以及液壓調(diào)偏裝置等[2]。

目前，在實(shí)際應(yīng)用中輸送帶跑偏將會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的事故發(fā)生。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶跑偏的檢測(cè)并及時(shí)采取對(duì)應(yīng)措施尤為關(guān)鍵。一般的，在帶式輸送機(jī)輸送帶兩邊分別安裝跑偏開(kāi)關(guān)對(duì)其跑偏故障進(jìn)行檢測(cè)。跑偏開(kāi)關(guān)的工作原理如圖1所示。

圖1 輸送帶跑偏開(kāi)關(guān)工作示意圖

1.2 打滑故障的原因分析及檢測(cè)

導(dǎo)致帶式輸送機(jī)輸送帶打滑的根本原因?yàn)檩斔蛶Ш屯休伒哪Σ亮Σ蛔闼鶎?dǎo)致，在輸送帶和托輥之間存在相對(duì)滑動(dòng)的現(xiàn)象。深入研究可知，導(dǎo)致輸送帶和托輥之間出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)的具體原因可能為輸送帶運(yùn)輸量過(guò)大、張緊裝置提供的張緊力不夠、輸送帶使用時(shí)間較長(zhǎng)。為了解決輸送帶與滾筒之間的相對(duì)滑動(dòng)可以通過(guò)增加二者之間的摩擦系數(shù)、增加輸送帶的圍包角等[3]。

在實(shí)際運(yùn)輸中，為了避免由于輸送帶打滑需對(duì)打滑現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)。一般的，采用兩個(gè)傳感器分別對(duì)滾筒和輸送帶的速度進(jìn)行檢測(cè)，若二者存在速度差則說(shuō)明發(fā)生打滑現(xiàn)象，系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行保護(hù)。針對(duì)速度檢測(cè)的傳感器可采用的類型包括有SX-1傳感器、磁感應(yīng)發(fā)送器、磁電式傳感器、舌簧管式速度傳感器、光敏管式速度傳感器等。

1.3 堆煤故障的原因分析及檢測(cè)

堆煤故障也是帶式輸送機(jī)在運(yùn)輸中常見(jiàn)的故障類型之一，其主要表現(xiàn)為物料在卸載點(diǎn)出現(xiàn)堆積的現(xiàn)象，影響設(shè)備的正常運(yùn)輸任務(wù)。一般情況下，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)堆煤事故的原因包括有設(shè)備導(dǎo)料槽存在卡料的現(xiàn)象、運(yùn)輸機(jī)的啟動(dòng)順序滯后于給煤機(jī)等。

同時(shí)，檢測(cè)堆煤故障對(duì)于保證設(shè)備安全、高效的運(yùn)行尤為重要。在實(shí)際生產(chǎn)中，采用堆煤傳感器對(duì)堆煤故障進(jìn)行檢測(cè)，包括有煤電極式傳感器、偏擺式堆煤傳感器和水銀開(kāi)關(guān)型堆煤傳感器。

鑒于篇幅有限，本節(jié)僅對(duì)上述三項(xiàng)常發(fā)生的故障類型進(jìn)行分析研究。

2 PLC在帶式輸送機(jī)故障定位裝置中的應(yīng)用

鑒于帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，雖然基于“1”中的理論和相關(guān)傳感器的應(yīng)用可以檢測(cè)出相應(yīng)故障，但是，無(wú)法準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)故障的定位也是制約帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素。本節(jié)重點(diǎn)研究PLC在故障定位的應(yīng)用。

目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)帶式輸送機(jī)故障定位功能的保護(hù)裝置包括有基于PLC模擬量模塊的電阻網(wǎng)絡(luò)定位裝置、基于PLC高速計(jì)數(shù)器頻率定位裝置、脈沖寬度定位裝置、編碼定位裝置以及基于CAN總線的定位裝置等[4]。在上述眾多的定位裝置實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：

1）對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的故障報(bào)錯(cuò)率較高；

2）上述故障定位裝置的可靠性不高，其對(duì)應(yīng)的功能較少；

3）上述故障定位裝置在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的綜合保護(hù)和信息共享方面的難度較大。

為解決上述故障定位裝置的缺陷，本文提出基于PLC控制器設(shè)計(jì)分布式I/O定位裝置，該類型定位裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示：

圖2 基于PLC控制器的分布式I/O定位裝置結(jié)構(gòu)框圖

如圖2所示，故障定位裝置主要由PLC控制器、通訊電纜以及分布式I/O從站組成。

3 PLC在帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用

基于上述對(duì)帶式輸送機(jī)故障分析及故障定位裝置研究的技術(shù)上，設(shè)計(jì)如圖3所示的綜合保護(hù)系統(tǒng)。

圖3 帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

如圖3所示，帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)主要由監(jiān)控層、控制層、信號(hào)采集層、通信層等組成。其中，PLC控制器為綜合保護(hù)系統(tǒng)的核心，考慮到系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的效率和可靠性，本方案選用S7-300系列的PLC控制器。PLC控制器通過(guò)對(duì)機(jī)頭傳感器的信號(hào)、故障定位裝置的信號(hào)進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)內(nèi)部運(yùn)算得出相應(yīng)的設(shè)備開(kāi)停控制信號(hào)；與此同時(shí)，PLC控制器還會(huì)將所采集到的信號(hào)上傳至工控機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)。根據(jù)帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)需求，PLC控制器配置的各類模塊如表1所示。

表1 S7-300系列PLC控制器功能模塊的配置情況

為綜合保護(hù)系統(tǒng)配置了相應(yīng)的硬件的基礎(chǔ)了，結(jié)合帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)的功能需求，設(shè)計(jì)如圖4所示的程序流程圖。

圖4 帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)程序流程圖

如圖4所示，v為輸送帶的速度，ve為帶式輸送機(jī)滾筒的速度。系統(tǒng)首先對(duì)輸送帶是否出現(xiàn)打滑和超速的故障進(jìn)行判斷，并對(duì)應(yīng)的發(fā)出報(bào)警功能；然后，依次分別對(duì)帶式輸送機(jī)的堆煤、一級(jí)跑偏、二級(jí)跑偏、撕裂、煙霧、斷帶等故障進(jìn)行判斷，并對(duì)應(yīng)性地發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警進(jìn)行控制，從而避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，保證設(shè)備的安全運(yùn)行[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

帶式輸送機(jī)作為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，而在實(shí)際生產(chǎn)中帶式輸機(jī)輸送帶的跑偏、堆煤、撕裂、打滑、超速等故障不可避免。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)上述故障的綜合保護(hù)對(duì)于提升設(shè)備的運(yùn)輸效率和安全性尤為重要。