摘要：基于安全 PLC 的皮带保护控制系统是以安全PLC 作为控制核心，通过多个检测开关从不同维度获取皮带的实时工作状态，继而通过安全 PLC 指令低压配电柜准确地控制皮带机运行，安全性能较高，解决了现有技术对皮带检测和控制不够准确和保护性差的问题。随着传统设备安全和技术的升级改造，如果能融入新的科技元素，一定会焕发出新的生命力，为安全、高效的生产带来保障。机器人智能巡检系统用于皮带机的运维，不仅可降低工人的劳动强度，减少恶劣工况对工人的伤害，提升故障检测的准确性、实时性、可靠性、预判性，且能够提高检修效率，减少故障停机周期。因此，机器人巡检系统不是简单的取代人工，而是为人工服务，为现代工业保驾护航。
关键词：带式输送机；安全保护；智能；巡检系统
引言
带式输送机作为一种大型运输机械设备，具有运输量大、运送距离长、可连续运输等优点，是专业化煤炭码头生产中最理想的运输工具［１］。如今专业化煤炭码头中带式输送机使用比率越来越高，设备的功率、性能等方面都得到不断提升，所以搭建一个智能、完善的监测预警系统对带式输送机整个工作线工况的监控以及故障诊断预警是十分有必要的［２］。本文提出了带式输送机智能监测及故障预警系统的设计，在对各类需采集的运行参数和故障因素分析的基础上，利用PLC作为控制器，选择所需传感器的类型，确定了系统组成，最终实现输送机的实时监控、数据通信、数据显示、故障定位预警等功能。
1、简述带式输送机
作为连续性运输作业中应用最为广泛的机械，其组成部分为输送带、机架、驱动装置、清洗装置。关于各个装置的具体作用，驱动带式输送机进行运转的驱动装置由电动机、液力耦合器、制动器、联轴器、减速机和驱动滚筒组成，制动器确保输送机可以进行正常工作制动以及紧急制动；清洗装置，顾名思义便是对输送带进行日常的清洗，保障输送带的干净整洁以减少输送带的磨损。带式输送机在生产中主要负责运输物料，如果带式输送机发生故障，正常生产工作将会受到严重影响，甚至出现生产停滞现象，这种情况的出现必然造成巨大的经济损失，甚至可能会影响到作业人员的生命安全。
2、带式输送机常见故障
2.1打滑故障
打滑故障是带式输送机出现较多的故障。带式输送机通过传送带与运输的物料产生摩擦力，带动物料不断向前，而传送带的作用力是由滚筒与胶带的摩擦产生的。故发生传送带的打滑故障主要是因为摩擦力的大小，如果传送带提供的张力较小就会让胶带过松从而出现打滑；而如果输送物料重量过大，就会让传送带发生压停。带式输送机的打滑故障会对机器造成严重的损伤，严重情况下还会发生火灾，威胁工人和企业的生产安全。
2.2 跑偏故障
跑偏故障也是带式输送机最常出现的故障，发生该故障的根本原因在于受力不均即传送带的两侧承载了不同程度的张力，传送带的移动明显受到影响而不能很好地运行。传送带的跑偏会让传送带与周围结构发生摩擦，随着使用时间的加长，胶带可能会因此发生断裂，严重的还会损伤机器。除此之外，维修人员在安装传送带的接头出现问题，导致传送带的连接处不正也会造成跑偏事故。
2.3胶带断裂事故
胶带出现断裂事故是传送带装置最为严重的故障。胶带跑偏与打滑严重的情况下都会造成胶带断裂，进而破坏带式输送机整体运行。胶带断裂现象还可能因为运输的物料重量过大或者物料中存在着一些尖锐物品这两个原因产生，煤矿中开采出来的煤炭混合着许许多多的杂质，尤其会包含一些金属、石块，在转接过程中会割伤传送带。
3、智能巡检系统
带式输送机智能巡检系统的构架如图1所示，由轨道、机器人、充电与定位系统、信息传输系统、服务器与运营平台组成。智能巡检系统的核心是机器人，其本体具有：（1）自主导航，自主往返运动和检测到故障自动报警的性能；（2）自主定位，能够实时定位机器人和故障点所在位置；（3）自主避障，遇障碍物会自动报警；（4）自主充电，能实时监测电量情况，并且能够做到自主回充无线充电。
图1 智能巡检系统的系统构架图
与 PLC 的皮带保护控制系统相比，利用机器人的皮带机智能巡检系统，（1）可以降低巡检人员的工作强度，而且大部分工作可由机器人取代；（2）减少对巡检人员的身体伤害，特别是环境恶劣的现场，减少职业病的发生；（3）减少检修人员的数量，减少企业人工成本，同时降低对检修人员的技能要求，机器人在检测到的故障的同时会给出解决方案。在生产运行中，（1）可最大限度的降低故障停机的概率和缩短故障停机的周期，保证企业正常的生产，提高运营效率；（2）在设备故障初期能够及时检测并预警，防止故障加剧，降低设备的维修费用；（3）故障发生时，可以快速、直接的找到故障原因和位置，节省检修的时间；（4）通过巡检系统的大数据分析，对故障发生的时间、位置以及类型进行预判；（5）通过记录和保存皮带机发生故障的类型、位置和数量，方便对设备的运行情况进行分析判断，并且可以自动生成备品备件清单，与工厂现有系统进行集成。
鉴于带式输送机工作环境的特殊性和复杂性，智能带式输送机巡检机器人需要满足以下条件。（1）工作环境湿度大，需要考虑湿度对智能带式输送机巡检机器人精度和稳定性的影响。（2）大型机电设备附近存在电磁和射频干扰，要求智能带式输送机巡检机器人系统具备较强的抗干扰能力。（3）工作空间具有长度大、起伏转弯且空间狭小等特点，这对智能带式输送机巡检机器人的行走速度、最大行走距离、爬坡能力、转弯半径、控制方式提出较高要求。（4）带式输送机巡检要求具有一定的智能性和强大的监控功能，包括对机电设备温度监控、气体浓度监控、视频监控等功能。（5）智能带式输送机巡检机器人应保证安全，具备充电闭锁功能。（6）智能带式输送机巡检机器人具备环境检测分析、声音采集及双向对讲、本体自检、远程控制等功能。（7）通过强大的远程监控平台，具备实现环境与设备不间断的移动监控监测、应急火灾报警与处置的功能。
4、智能防撞与避障系统
智能防撞与避障系统是保证智能带式输送机巡检机器人长期稳定运行的重要组成部分。该系统通过对障碍物和隧道内工作人员进行探测和自身高精度定位，实现智能防撞和避障功能，遇到障碍自动停止并报警。同时，从本质安全角度考虑，加装安全触边，防止碰撞造成人员及设备损伤。该系统的探测距离为0-3ｍ，探测角度为120°，可实时更新自身位置信息，定位精度达0.01ｍ。同时设置有断电制动功能，当智能带式输送机巡检机器人在运行过程中，如遇故障断电，智能带式输送机巡检机器人可立即停止，起到保护作用。
5、输送机安全保护装置的检验
带式输送机出现安全事故很大程度上是由于安全保护装置的检查、安装缺乏有效监督。对此每个企业在安装的时候都按照本企业的固有经验进行，使得安装质量参差不齐。举例来说，一些企业安装保护装置仅仅是安装完成，对装置是否起到作用根本没有关注，如防跑偏设备，安装人员仅仅考虑到了传送带的开始部位，并没有重视整体的传送过程，导致胶带仍然会发生跑偏现象。除此之外还有一些维修人员在安装的过程中没有遵循严格的作业规范，出现了违规操作，安装装置的作用大打折扣。最后，所有保护装置完成之后没有专门的人员进行检验，使得安全装置成了摆设。
当企业的员工完成输送机安全保护装置的安装后要对这些设备进行检验。检验工作可以分为八项: 第一，针对防滑保护装置，工人将传感器的位置移动，查看传送机是否停止工作。对于滚轮式装置，可以将滚轮与胶带分离，查看传送带的状况。第二，检验堆煤保护装置，工人触碰装置，查看传送机是否停止作业。第三，检查防跑偏装置，将传送带移动，查看限位开关有没有进行变动，警报是否灵敏。第四，检查烟雾和洒水装置，将温度较高的物品触碰装置，查看装置是否有反应。第五，检查张紧力下降装置，可以人为调节张紧力，查看装置能否察觉并发出警报。第六，检验防断裂装置功能正常。第七，检验拉线装置，如果在作业的过程中拉线被触动，机器应该立即停止。第八，检验断带保护装置，在输送机发生断带后应当立即停止工作，并迅速处理事故。
6、智能带式输送机巡检机器人应用效果
在智能带式输送机巡检机器人应用前，人员定额为85人，应用智能带式输送机巡检机器人后，人员定额为25人，年节约资金500万元以上。智能带式输送机巡检机器人提高了自动化程度和故障处理效率，大大降低了工人的劳动强度和事故带来的损失，取得了良好的技术经济效益。在保证安全和生产稳定的前提下，智能带式输送机巡检机器人实现了“自动化减人”的目标。
7、可编程逻辑控制程序操控
带式输送机远距离控制系统是根据PLC开发的，其主要部分有可编程逻辑控制控制模块、料流检测传感器、温度传感器、速度传感器、保护装置等。可编程逻辑控制程序控制模块包含触摸显示屏、可编程逻辑控制程序电路板和附件等电器元件。该模块的重要功能就是对各个传感器捕捉到的机器动态参数实施收集和计算解析，并由计算结果释放信号指令，操控各装备运转。
结束语
带式输送机是一种常用的连续输送机械，利用驱动滚筒与皮带之间的摩擦力驱动输送带和物料运行，其工作平稳可靠、对物料适应性好，输送能力强，具有广泛的应用范围。传送带的保护极其重要，如果保护不好，不仅严重影响工厂的正常生产，而且有比较大的安全隐患。目前，对皮带的保护主要通过将速度传感器串接到皮带机电机的控制回路中实现，但对皮带实际工作状态的检测和控制不够准确，常因误动作造成不必要的停机，对皮带安全运行的保护性差，也严重干扰和影响正常生产。为解决现有皮带机控制系统存在的对皮带检测和控制不够准确，以及安全保护性能较差的问题，国内外很多工程应用和输送设备制造厂家通过采用PLC的皮带保护控制系统和智能巡检系统来降低故障停机的概率和缩短故障停机的周期，保障安全生产和设备正常运行。总而言之，以上内容就带式输送机的安全保护和智能巡检系统进行了分析和论述。
参考文献
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