溫福海

（山西潞安化工集團余吾煤業(yè)有限公司，山西 長治 046103）

引言

煤炭運輸是煤炭生產(chǎn)過程中的一個重要組成部分。隨著科技的發(fā)展、礦井生產(chǎn)規(guī)模的擴大，運輸系統(tǒng)也在不斷變化和進步。皮帶機因輸送距離長、體積大、連續(xù)輸送、運行可靠、易于自動集中控制而成為關鍵設備。皮帶機是一種連續(xù)的輸送設備，它依靠輥的表面摩擦力來驅(qū)動皮帶運行[1]，具有輸送量大、使用維護方便和能耗低的優(yōu)點[2]，是地下礦井運輸?shù)闹饕O備[3]。礦用帶式輸送機（簡稱為“皮帶機”）長時間在高速、重負荷下工作時，容易發(fā)生輸送帶打滑、偏斜、過熱、機頭堆煤、輸送帶縱向撕裂[4]等情況，造成皮帶、電機、減速器、輥子等損壞。皮帶機監(jiān)控系統(tǒng)從20世紀40年代開始發(fā)展，早期的現(xiàn)場基準計和繼電器構(gòu)成了控制系統(tǒng)的前身。以PLC和DCS為代表，構(gòu)成了第三代控制系統(tǒng)[5]。國產(chǎn)皮帶機監(jiān)控系統(tǒng)存在故障誤報率高、擁有多個獨立監(jiān)控保護系統(tǒng)、信息反復采集、難操作等問題[6]，對在狹小惡劣井下工作的工人來說并不友好[7]。因此，盡管當前的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)都能實現(xiàn)皮帶機監(jiān)控的基本功能，但隨著技術(shù)發(fā)展和需求的提高，需要準確診斷并及時處理。該系統(tǒng)基于信息融合技術(shù)、融合控制系統(tǒng)、軟啟動系統(tǒng)、故障檢測系統(tǒng)，可以獲得更詳細、更準確的信息。

1 總體設計

皮帶機監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)總體設計圖如圖1所示，系統(tǒng)采用集中分布式結(jié)構(gòu)，通過控制組合配電單元，全面監(jiān)測皮帶機工況。系統(tǒng)主要由主控制器和皮帶沿線設備兩大部分組成，主控制器通過RS-485總線連接配電控制模塊（A～H），通過CAN總線控制語音報警模塊、沿線管理模塊及IO模塊，通過IO模塊實現(xiàn)跑偏、溫度、帶速、綜合控制等信號收集。皮帶沿線設備包括多功能擴音電話、沿線急停開關、下位機、終端采集設備等，其中1號、2號機尾下機位安裝跑偏及撕裂監(jiān)控器，2號機頭下位機集成了溫度、帶速、煙霧及綜合控制監(jiān)控器，皮帶沿線設備采用18 V電源線供電，并通過礦用8芯電纜連接主控制機。

圖1 皮帶機監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)總體設計圖

2 硬件系統(tǒng)設計

根據(jù)煤礦特殊的現(xiàn)場環(huán)境和系統(tǒng)功能要求，系統(tǒng)硬件選擇如下頁表1所示。試驗驗證和功能測試結(jié)果表明，每個模塊的硬件電路均具有預期的功能，工作可靠穩(wěn)定，并能滿足預期的設計要求。下頁表1中主要部件的選擇滿足了系統(tǒng)各部分的要求，同時使系統(tǒng)高度可靠和穩(wěn)定。

表1 系統(tǒng)硬件器件表

3 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計

皮帶機監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)流程如下頁圖2所示，主要分為系統(tǒng)啟動、初始化、分配地址、查詢設備的工作狀態(tài)、故障處理等版塊。監(jiān)控系統(tǒng)有三種工作模式，在集中控制模式下，皮帶機和給煤過程由中心控制，同時需輸入各種保護裝置。在本地控制模式下，機器由手動按鈕控制，操作人員可通過PLC按下。在維護條件下，皮帶和給煤機也通過手動按鈕進行控制。操作人員也可在觸摸屏中選擇保護裝置是否需要介入。

圖2 皮帶機監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)工作模式由控制臺上的三個位置選擇器開關選擇，每次只能選擇一種工作模式。當皮帶和給煤機運行時，工作模式不能改變。觸摸屏中的指示燈可顯示當前的工作模式。

監(jiān)控系統(tǒng)用于單帶和給煤機的監(jiān)控。在集中控制模式下，按下啟停按鈕時，允許皮帶啟動或停止。如果有多個皮帶，啟動信號可以由上一條皮帶給出，其方向不同于煤流。停止信號可以由與煤流方向相同的皮帶發(fā)出。設定時間可根據(jù)皮帶機的速度來確定。

4 人機交互界面

4.1 主控制界面

圖3是監(jiān)控系統(tǒng)的主控制界面，它顯示了輸送機運行時的大多數(shù)實時工作狀態(tài)信息，主要包括運行模式及狀態(tài)、急停狀態(tài)及位置顯示、沿線所接設備信息、每部皮帶機工況狀態(tài)、沿線設備數(shù)量指示燈、終端電壓，以及地址排序、集控啟停、故障復位三個按鈕。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)主控制界面

4.2 故障診斷界面

編寫故障診斷程序，并將關鍵組件（如電動機、減速器和滾筒）的故障診斷功能添加到皮帶機監(jiān)控系統(tǒng)中。故障診斷人機界面旨在實現(xiàn)在皮帶機運行時實時顯示輸送機關鍵部件的健康和工作狀態(tài)信息，并實現(xiàn)皮帶機一體化。皮帶機的監(jiān)控和故障診斷功能界面顯示如下頁圖4所示。

圖4 故障診斷窗口

5 結(jié)語

針對皮帶機的常見故障及現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的不足，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查和實際需求，開發(fā)了一種綜合性高、功能全面、可靠性高、性能可靠的自動皮帶機監(jiān)控監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)。結(jié)合實際工作，選擇系統(tǒng)各模塊的硬件電路，設計并編寫相關的軟件程序，并開發(fā)人機界面和程序。經(jīng)驗證后，系統(tǒng)已達到設計要求。