高龙
伊吾广汇矿业有限公司 新疆哈密 839000
摘要：皮带运输作为煤矿运输的关键环节，其工作性能的高低直接影响到煤矿生产能力和工作人员的人身安全。因此对运输系统状态的监测和故障预警，实现精准控制，已成为当前稳定运输机性能的重要手段。本文基于伊吾广汇矿业有限公司带式运输机故障频发、处理措施滞后等问题，提出构建运输机监测与故障预警系统，集中解决处理煤矿皮带速度、跑偏等多种问题，提高煤矿运输系统的稳定性。
关键词：皮带运输机；PLC；传感装置；监测预警
引言
随着煤矿服务年限的增长和采区的进一步开拓布局，煤矿主运输皮带机和各采区皮带机都需要延长或接力，并且煤流的转载主要由采区皮带机直接转载到主运输皮带机上，这样就形成了运输系统线路长、岗位多、联络环节多等特点，势必造成人员增加、分散，不利于安全生产和科学管理。有鉴于此，根据实际使用要求，为达到安全可靠运行及减员增效的目的，我们研制了煤矿皮带运输状态监测与事故预警系统，系统与调度电话系统、预警广播网络、工业电视系统一起，构成一个完整的操作、调度、监视网络，实现对整个系统的遥测、遥信、遥控与预警。大大提高生产效率、降低事故率，具有重要的理论意义和实际应用价值。
1系统原理
本系统设计的主要目标就是运用测试技术和控制理论建立完善的皮带运输机的带速、过载、打滑、划伤、断带、联轴器断开、跑偏、烟雾、温度等检测与事故预警。
由于皮带运输机的多种故障(如打滑、断带、划伤、过载、联轴器断开等)均与速度的变化有关，因此，皮带速度成为煤矿皮带运输状态监测与事故预警系统所监测的重要参数。本系统所设计的皮带运输状态监测与事故预警系统能智能诊断、控制系统，它能对皮带运输机出现的打滑、断带、划伤、过负载、联轴器断开等故障，进行自动检测，声、光预警和报警。当皮带运输机出现故障时，能自动控制皮带运输机和有关相应设备，以停止运行和供料。
2改造与设计方案
2.1系统功能
皮带输送机原采用局部单片机进行监控，属于自控磨损，对皮带输送机进行改造后采用ＰＬＣ系统进行全局监控。采用的ＰＬＣ系统具有较强的抗干扰能力，经过多年的发展，其硬件、软件结构已经实现模块化，系统的构建时间更短，运行效率更高、可靠性更强。同时ＰＬＣ系统可以对监测数据进行查询、采集、分析、监控等，为煤矿皮带输送机自动化运行提供保障，减少运输辅助人员工作量。
2.2监控与预警系统设计
皮带输送机运行过程中常见故障包括胶带断裂、跑偏、失速，胶带与驱动滚筒间打滑，驱动电机过载、过流，运输系统出现堆煤、烟雾等。设计的监控及预警系统应能对常见故障进行监控，针对故障发生位置、类型，合理布局传感器位置、数据传输网络以及电气控制柜。改造后的煤矿皮带输送机监控与预警系统布局，其中皮带输送机原有的温度、烟雾以及跑偏传感器可以继续使用，其余的硬件设备需重新添置。
3皮带运输系统总体监控方案
当下煤矿皮带运输系统控制方式多样，常用有PLC控制方式、继电器控制方式、单片机控制方式和工业计算机系统控制方式等。
在上述控制系统中，使用PLC控制方式更加有利：（1）继电器控制方式稳定性差，结构复杂，成本高，而且不利于后期维修整改；（2）单片机控制方式开发难度高，使用复杂，安装困难；（3）工业计算机系统控制方式成本高，结构复杂，快速安装部署困难。
煤矿PLC装置主要采用日本三菱的FX2N系列。通过该系统，主站可以向从站发送指令，实时监控和管理各个皮带运输机。当皮带运输发生故障时，控制系统能够及时关停皮带运输机，并基于故障进行预警，同时判定故障，跟踪位置。同时为保证系统的稳定性，系统配备两台上位控制主机，避免单台主机故障，系统崩溃的情况，从而保证地面监控中心监控的实时性和全面性。
4监控通信网络及监控软件构建
4.1监控通信网络
为了便于远程控制以及现场维修，在带式输送机附近布置一台控制电气柜，电气柜显示屏可以显示各个传感器的检测数据以及输送机的运行状态、故障信息，在操作台上布置有设备启、停按钮。
煤矿主运输系统共有24台带式输送机，在24台输送机旁布置的控制电气柜间采用光缆通信并与已铺设完成的主干网连接，将监控结果传输至地面监控中心。为了实现ＰＬＣ控制系统、动作执行机构、各类型传感器等之间的数据交互，网络传输系选用更适宜ＰＬＣ与分散输出／输出设备通信的ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ协议。
4.2皮带运输速度
皮带运输速度异常主要是由皮带转速异常和电机转矩异常导致，因此对两者的监测质量的高低直接影响对皮带运输速度问题的处理。
煤矿采用GSC6-SC速度传感器，并将其安装在皮带上，通过监测皮带运行函数实现皮带速度信息采集。
4.3皮带堆煤
堆煤现象一般发生在皮带运输机机头位置。堆煤监测的实质就是利用传感器实时检验皮带机机头煤堆。煤矿采用GUD-330-D堆煤传感器，并将其主要安装在机头溜煤眼和皮带搭接位置。当煤堆高度达到限定高度时会触发传感器，煤堆与装置探头形成回路，此时传感器内部报警线路工作，皮带也相应停止。
4.4监控软件设计
根据带式输送机监控与预警系统的构建目标，地面监控中心ＰＣ端监控软件应可以对传感器监测数据进行查看、分析，监控带式输送机运行状态并实现远程控制设备急停功能。为此，开发了针对煤矿带式输送机的监控中心ＰＣ端监控软件。为了确保该项维修工作的人员的安全，监控系统不具备远程启动功能。
结语
本系统的理论研究及应用，取得了如下创新性成果：建立了皮带运输系统以皮带运行速度、皮带机的转矩及温度为特征量的异常状态监测模型，实现皮带输煤系统故障诊断与预警的高效性。输煤走廊语音广播实现事故应急预警系统对接与联动，使得整个语音广播系统构成一个完整的网络。如有事故发生，也可及时向胶带巷发出警报信息。系统与调度电话系统、煤矿工业电视系统一起，构成一个完整的操作、调度、监视网络，实现对整个系统的遥测、遥信、遥视和遥控。采用全分布式控制结构，系统具有较高的安全性。当地面部分出现控制故障时，煤矿部分仍可实现集控运行。减少布线成本，由于采用远距离通讯网络，使布线更加方便，并大大减少电缆用量。
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