(广西北部湾港防城港码头有限公司煤炭矿石作业部 广西防城港 538001)
摘要：目前我国经济发展迅速，“一带一路”推进丝路建设步伐加快，港口煤、矿进出口为我国发展做出了巨大贡献。港口带式输送机是极其重要的煤、矿运输设备，因其运输线路长、工作环境恶劣，因而要加强对带式输送机的实时监测，转变传统的人工巡检方式，设计和应用皮带机巡检机器人控制系统，结合煤、矿露天作业环境和巡检作业内容，提出皮带机巡检机器人控制系统的总体设计方案，并进行皮带机巡检机器人控制系统的软硬件设计，实现无人化巡检和事故预警。
关键词：皮带机；巡检机器人；控制系统；设计应用
引言
在煤、矿生产过程中，带式输送机作为重要的煤炭运输设备，应用十分广泛，然而在带式输送机运行过程中，容易发生托辊损坏、输送带断裂、纵撕、跑偏等事故，造成设备甚至人员的重大损失。由于带式输送机运行距离长，监控点多，造成带式输送机远程控制系统复杂、监测设备种类繁多、数量大、成本高的弊端。为了减少监测设备的投入、降低成本，同时达到对矿井带式输送机全面的监控，本文阐述了一种矿用带式输送机巡检机器人系统，该系统是集自动化、传感器、计算机、网络通信为一体的自动监控系统，不但可以减少人工巡视可能发生的危险事故，降低工人的劳动强度，而且可以对带式输送机的工作环境进行全程实时监测，预防和减少带式输送机的故障发生。
1矿用带式输送机巡检机器人硬件系统设计
1.1矿用带式输送机巡检机器人系统简介
矿用带式输送机巡检机器人系统的工作过程：机器人装置通过固定抱索器与钢丝绳相联(独立设置)，在传动系统的作用下，机器人装置在钢丝绳的带动下沿带式输送机运行方向往返运动。巡检机器人上装有各种传感器用来检测带式输送机工作环境的各种数据，以此来了解其运行情况。防爆充电箱为机器人装置提供充电电源，控制系统的操控终端通过通讯系统传递命令来控制机器人装置，通讯系统利用无线基站进行远距离数据传输。
1.2矿用带式输送机巡检机器人硬件系统组成
矿用带式输送机巡检机器人硬件系统主要由两大部分：数据采集部分和信号传输、监控部分组成。数据采集部分包括带式输送机巡检机器人装置和传动系统，巡检机器人装置由机器人本体、音频传感器、烟雾传感器、红外温度传感器、摄像机等组成，传动系统部分包括驱动装置、张紧装置、尾轮装置，驱动装置包括驱动电机、驱动绳轮，钢丝绳等。驱动电机和驱动绳轮安装于带式输送机的机头位置，钢丝绳沿带式输送机方向架空铺设，机器人装置通过固定抱索器与钢丝绳相连，在钢丝绳的带动下沿带式输送机运行方向往返运动。信号传输、监控部分包括：地面监控终端、井下监控终端（防爆控制箱）、无线基站、转载点中交换机、地面交换机。无线基站安装在机器人本体的行进路径区间内，无线基站的安装数量视带式输送机的长度决定。
无线基站的电源由矿用电缆供电，无线基站间的数据传输通过光缆传输，无线基站上安装有天线，用于接收机器人本体上的天线传递的检测数据。防爆控制箱与相邻的无线基站之间通过接口RJ45传输数据，防爆控制箱作为转载点监控终端可以储存检测数据，由转载点127VAC电源供电，无线基站与矿井中交换机相连，将无线基站采集到的数据经地面交换机传输到地面监控终端。
矿用带式输送机巡检机器人系统的工作：机器人装置通过固定抱索器与钢丝绳相连，在传动系统的作用下，机器人装置在钢丝绳的带动下沿带式输送机运行方向往返运动。巡检机器人上装有各种传感器用来检测带式输送机工作环境的各种数据，以此来了解其运行情况。防爆充电箱为机器人装置提供充电电源，控制系统的操控终端通过通讯系统传递命令来控制机器人装置，通讯系统利用无线基站进行远距离数据传输。
1.3数据采集系统
通过各类传感器采集、转换和传输带式输送机的图像、温度、音频、位置等信息，为下位机判断带式输送机运行状态提供依据，实现巡检机器人的自动控制、事故预防和故障诊断。内部构成主要包括有：红外成像仪、可见光摄像机、拾音器、RFID定位系统。选取MAG32在线式红外热成像仪进行温度采集、显示和报警。由H265型网络摄像机进行带式输送机运行状态信息的图像采集，并采用WM工业拾音器作为信号输入模块，进行托辊异常的自动报警。
2矿用带式输送机巡检机器人系统软件设计
2.1系统功能
矿用带式输送机巡检机器人系统用于煤矿转载点，可对带式输送机进行全程实时监测监控，预防和减少带式输送机故障的发生。系统主要功能包括：①带式输送机运行环境数据采集功能带式输送机运行过程中，机器人装置在钢丝绳的带动下沿带式输送机运行方向往返运动，通过机器人本体上的各个传感器和摄像机来检测带式输送机的工作状态、环境参数和实时图像；②数据存储功能通过地面监控终端可将机器人本体采集的现场图像、声音、温度等各种环境数据存储到硬盘指定路径，便于有关人员对数据进行分析、判断；③图像显示和切换功能本系统装有3个摄像机，可显示3路不同的视频图像，即可同时显示3路图像，又可分别显示放大后的各路视频图像。并且第3路摄像机的视频采集角度可调，具有旋转功能，视频角度可向前、向后转各转60°，在120°范围内调节，是监测范围增大；④故障报警功能系统通过获取机器人本体采集的现场温度和烟雾数据，当判断出测量数据超过设定限制值时，给出报警信号，控制带式输送机紧急停车。同时，为保证系统的安全运行，系统除了配置温度、声音等传感器外，还配置了PG编码器、上、下限位传感器、张紧开关、防爆开关等，可对PG故障、张紧故障、电机过流、电机堵转、上、下限位过卷等进行报警，任一保护信号报警，都将导致运行系统急停；当故障排除后，按下事故复位按钮，清除故障信号，方可重新启动系统运行；⑤检修功能系统检修功能主要用于系统安装、调试、检修时，允许机器人本体越过软件限位和硬件限位继续运行，因硬件限位是机器人本体通过停车开关、软件限位后的最后一道限位保护，所以机器人本体越过硬件限位后，需要特别注意机器人本体的位置。正常运行时，关闭检修功能。
2.2皮带机巡检机器人控制系统软件设计
（1）下位机控制软件设计
由下位机控制软件进行巡检机器人的基本运动控制，根据实际情况选取适宜的巡检模式，获悉巡检机器人当前的运行速度、方向、电流等信息。并采用RTU方式进行通讯。
（2）上位机用户界面设计
上位机用户界面是人机交互的唯一接口，根据QtCreator软件信号与槽的通讯机制，实现不同对象之间的信息交互，能够较好地降低巡检机器人用户界面的开发难度。主要包括有图形界面设计、软件设计、数字化多媒体应用、历史数据库设计等部分。
结语
本文介绍了一种矿用带式输送机巡检机器人系统，并对带式输送机巡检机器人的控制系统和控制方法进行了详细叙述。该矿用带式输送机巡检机器人控制系统，利用带式输送机巡检机器人装置，实时采集带式输送机运行中的各种数据信息，及时发现带式输送机工作过程中产生的问题，发现故障及时报警处理，为带式输送机安全生产提供了保障，该系统已经通过试验验证，各种性能指标完全符合现场要求。
参考文献:
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