礦用帶式輸送機(jī)智能安全監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)

王 勇，張穎輝

(中陽(yáng)縣煤炭工業(yè)局，山西 呂梁 033400)

0 引言

帶式輸送機(jī)是煤炭生產(chǎn)過(guò)程中的主要機(jī)械設(shè)備，對(duì)于煤炭生產(chǎn)的效率有著直接的作用。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的礦用帶式輸送機(jī)工作方式已經(jīng)不再適合當(dāng)前的煤炭企業(yè)，所以在提高煤炭生產(chǎn)的同時(shí)，還需要考慮改進(jìn)礦用帶式輸送機(jī)的工藝[1]。

傳統(tǒng)的礦用帶式輸送機(jī)在工作過(guò)程中大多數(shù)是利用人力或者在路徑安裝攝像頭來(lái)對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，增加了大量的人力和物力，而且大量安裝攝像頭會(huì)造成監(jiān)控畫(huà)面的繁多，還會(huì)存在視頻死角[2-3]。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文進(jìn)行了礦用帶式輸送機(jī)智能安全監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)研究，提出了一套有效解決問(wèn)題的方案。以PLC為控制器，通過(guò)傳感器收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息，利用一定的通訊協(xié)議把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC，并且開(kāi)發(fā)上位機(jī)軟件，在集控室就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的安全監(jiān)測(cè)保護(hù)。

1 帶式輸送機(jī)安全監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

1.1 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)

圖1為礦用帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。其主要的組成部分為運(yùn)輸皮帶5、上托輥2、下托輥3、張緊裝置8、電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置9、改向滾筒6、傳動(dòng)滾筒7、機(jī)架4等，這些機(jī)械裝置通過(guò)協(xié)調(diào)配合，完成了煤炭的運(yùn)輸[4]。

1.2 安全監(jiān)測(cè)分析

基于其結(jié)構(gòu)組成來(lái)分析帶式輸送機(jī)可能存在的故障信息以及安全隱患，得出需要檢測(cè)的參數(shù)：①皮帶打滑故障，需要對(duì)皮帶的運(yùn)行速度以及滾筒的線速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)；②皮帶的斷帶故障，需要對(duì)皮帶的張緊力進(jìn)行監(jiān)測(cè)；③驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障，需要對(duì)電機(jī)的溫度、電壓、電流、轉(zhuǎn)速以及振動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)；④跑偏故障，需要對(duì)跑偏的角度進(jìn)行監(jiān)測(cè)；⑤堆煤故障，需要對(duì)堆煤傳感器的接觸點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；⑥瓦斯安全隱患，需要對(duì)瓦斯的濃度進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)；⑦煙霧安全隱患，需要對(duì)工作環(huán)境的煙霧濃度以及溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)；⑧縱向撕裂故障，需要對(duì)托輥所受到的壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)[5-6]。

1-溜槽;2-上托輥;3-下托輥;4-機(jī)架;5-運(yùn)輸帶;6-改向滾筒;7-傳動(dòng)滾筒;8-張緊裝置;9-驅(qū)動(dòng)裝置

經(jīng)過(guò)對(duì)礦用帶式輸送機(jī)故障信息以及安全隱患進(jìn)行分析之后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)工作過(guò)程中發(fā)生了不正?，F(xiàn)象，如果任由這種不正?，F(xiàn)象持續(xù)可能會(huì)造成機(jī)器故障，所以對(duì)參數(shù)詳細(xì)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)可以預(yù)防故障的產(chǎn)生，將故障率降到最低[7]。本文針對(duì)上述問(wèn)題制定了安全監(jiān)測(cè)方案。

2 礦用帶式輸送機(jī)安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)搭建

2.1 硬件平臺(tái)搭建

本系統(tǒng)以PLC為控制中樞，通過(guò)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，并利用一定的通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。由PLC對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷并作出下一步指令，指令到達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。整個(gè)工作過(guò)程可以通過(guò)服務(wù)器端進(jìn)行查看和監(jiān)測(cè)。安全監(jiān)測(cè)方案如圖2所示。

核心控制器根據(jù)具體情況選擇AB公司Micro850系列型號(hào)為2080-LC50-48QWB的PLC，其支持24 V直流電供電，并且有28路24 V直流電壓輸入以及20路繼電器輸出，本身還包含5個(gè)拓展口，這些接口可以外接I/O模塊或者通訊模塊等，完全可以保證整個(gè)系統(tǒng)的信息處理。觸摸屏選擇昆侖通態(tài)生產(chǎn)的型號(hào)為T(mén)PC1061Ti的10.2英寸屏幕，可以通過(guò)以太網(wǎng)和PLC進(jìn)行通訊組態(tài)。服務(wù)器選擇臺(tái)灣研華公司生產(chǎn)的IPC-610(IPC)工控機(jī)及配套顯示器。

圖2 安全監(jiān)測(cè)方案

2.2 傳感器選型

根據(jù)礦用帶式輸送機(jī)的工作環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的傳感器的選型。①選擇型號(hào)為GWD100溫度傳感器，可以滿足井下特殊的工作環(huán)境；②選擇型號(hào)為GUJ30堆煤傳感器,安裝在特定位置可以檢測(cè)堆煤事件的發(fā)生；③選擇型號(hào)為KGQ-1煙霧傳感器，可以檢測(cè)工作環(huán)境的煙霧濃度；④選擇型號(hào)為KG5007A速度傳感器，可以作為皮帶的打滑以及超速的監(jiān)測(cè)裝置；⑤選擇型號(hào)為GEJ30跑偏傳感器，可以檢測(cè)皮帶工作過(guò)程中的運(yùn)行情況；⑥選擇型號(hào)為GVD1200撕裂傳感器，為本質(zhì)防爆安全型，可以滿足煤礦對(duì)設(shè)備的安全要求；⑦選擇型號(hào)為GJC4/100瓦斯傳感器，可精確地測(cè)試濃度，完全滿足當(dāng)前的需要；⑧關(guān)于電流電壓數(shù)據(jù)，采用模擬量就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集監(jiān)測(cè)[8]。

2.3 軟件平臺(tái)搭建

本系統(tǒng)所包括的軟件包括編程軟件、組態(tài)軟件以及上位機(jī)軟件。

編程軟件使用與Micro850系列PLC配套的Connected Components Workbench，這個(gè)軟件內(nèi)置了PLC的編程環(huán)境以及在線調(diào)試的功能，配置了多種通訊方式和PLC進(jìn)行連接。Connected Components Workbench在與PLC通訊時(shí)需要配合RsLINX進(jìn)行數(shù)據(jù)連接。

組態(tài)軟件使用昆侖通態(tài)廠家配套的MCGS嵌入版，這款軟件完美實(shí)現(xiàn)了觸摸屏幕的兼容，軟件內(nèi)部有多種配置方式，而且可以模擬調(diào)試。為了滿足工業(yè)上的要求，有些組態(tài)畫(huà)面可以在軟件內(nèi)部直接選擇，方便快捷。

上位機(jī)軟件使用factory talk se 7.0，這款軟件功能強(qiáng)大，把服務(wù)器安裝在集控室，并且在集控室組態(tài)畫(huà)面，通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行與PLC的通訊。在完成上位機(jī)組態(tài)后，可以生成客戶端并在集控室顯示，工作人員只需對(duì)客戶端進(jìn)行監(jiān)測(cè)就可以知道現(xiàn)場(chǎng)皮帶運(yùn)輸機(jī)的工作情況[9]。

3 礦用帶式輸送機(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

通過(guò)軟件和硬件的搭建與配合，完成了對(duì)礦用帶式輸送機(jī)智能安全監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)的搭建，并且本系統(tǒng)在隸屬于中陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)的暖泉煤礦的10105工作面進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)效果良好，組態(tài)界面如圖3所示。

圖3 礦用帶式輸送機(jī)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組態(tài)界面

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制柜的查看可以發(fā)現(xiàn)，控制柜的觸摸屏顯示了皮帶的運(yùn)行狀態(tài)，而且可以通過(guò)觸摸屏上設(shè)置的虛擬按鈕控制皮帶的啟停。各種傳感器保護(hù)機(jī)制在觸摸屏上顯示運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)時(shí)參數(shù)。

通過(guò)對(duì)上位機(jī)客戶端的查看可以發(fā)現(xiàn)，客戶端會(huì)顯示現(xiàn)場(chǎng)所有的數(shù)據(jù)信息，而且所有的數(shù)據(jù)都會(huì)保存在服務(wù)器的硬盤(pán)上，還可以查詢(xún)歷史曲線來(lái)關(guān)注一段時(shí)間內(nèi)皮帶運(yùn)輸機(jī)的工作情況，上位機(jī)客戶端上設(shè)置了急停按鈕，當(dāng)發(fā)生緊急故障時(shí)，工作人員可以通過(guò)急停按鈕在第一時(shí)間保證皮帶停止運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)研究了礦用帶式輸送機(jī)智能安全監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，解決了礦用皮帶運(yùn)輸機(jī)在工作過(guò)程中需要人工巡檢或者需要安裝攝像頭的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了礦用皮帶運(yùn)輸機(jī)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)功能，提高了暖泉煤礦10105工作面的自動(dòng)化程度，不但減少了煤礦對(duì)工人的使用量，也降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)還提高了皮帶機(jī)的工作效率，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。