礦用隔爆型煤量掃描裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王 杰

(大同煤礦集團(tuán) 馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037100)

礦用隔爆型煤量掃描裝置主要用于礦山運(yùn)輸設(shè)備煤量的檢測(cè)。其原理是運(yùn)用紅外激光掃描方法得到煤量的信息，通過(guò)集成在設(shè)備上的通訊總線發(fā)送到其他控制系統(tǒng)。適用于有爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境的場(chǎng)所，如煤礦井下煤炭膠帶運(yùn)輸巷道、地面煤倉(cāng)膠帶走廊、選煤廠洗選車(chē)間等。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)環(huán)境要求

運(yùn)行環(huán)境空氣溫度不高于+40℃，不低于 0℃；空氣相對(duì)濕度 5%～95%，無(wú)結(jié)露；有瓦斯爆炸及煤塵爆炸危險(xiǎn)；無(wú)劇烈振動(dòng)與沖擊的地方；污染等級(jí)為 3 級(jí)；無(wú)漏水的地方。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

煤量掃描裝置主要由隔爆箱體、掃描儀、交換機(jī)、工業(yè)電腦等部件組成，見(jiàn)圖1，掃描裝置電氣原理見(jiàn)圖2。

圖1 煤量掃描裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1) 開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源為探測(cè)器提供工作電源，主要技術(shù)參數(shù)：輸入電壓為AC127 V，輸出電壓為DC24 V。

2) 隔爆箱體。隔爆箱體由主工作腔與接線腔組成，兩腔之間連線采用隔爆穿墻接線端聯(lián)接，門(mén)蓋采用螺釘門(mén)結(jié)構(gòu)。

圖2 掃描裝置電氣原理

3) 掃描儀。采用激光掃描儀來(lái)測(cè)量煤位的高度。其工作原理為：在掃描范圍α內(nèi)，掃描儀輸出每個(gè)斷面各測(cè)量點(diǎn)的距離hi，算得面積微元ΔSi，據(jù)此可以計(jì)算膠帶輸送機(jī)上煤流斷面積S， 并得到外型輪廓和坐標(biāo)定位等信息，再引入膠帶輸送機(jī)運(yùn)行速度就可以計(jì)算出煤流的體積，乘以煤體密度從而得出實(shí)時(shí)的煤流量。該掃描儀具有：掃描角度大，能夠掃描 0.8～2 m 的輸送機(jī)帶寬；掃描距離遠(yuǎn)，只要反射率不低于 10%，有效掃描距離均可達(dá)10 m；抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸快等特點(diǎn)，掃描原理如圖3 所示。

圖3 掃描原理

4) 工業(yè)電腦。工業(yè)電腦里運(yùn)行有分析軟件，用于：① 與掃描儀通訊并接收掃描儀所測(cè)量的數(shù)據(jù)；② 對(duì)掃描儀的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，以獲得所需要的實(shí)時(shí)煤量數(shù)據(jù)；③ 提供標(biāo)準(zhǔn)的Modbus TCP 接口，使得外部控制器可以通過(guò) Modbus TCP 接口獲取實(shí)時(shí)煤量數(shù)據(jù)用于進(jìn)一步的分析和控制。

5) 交換機(jī)。交換機(jī)主要用來(lái)接收掃描儀測(cè)量數(shù)據(jù)，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線或者光纜傳輸給數(shù)據(jù)采集中心進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而獲得煤量信息。在配置電源中轉(zhuǎn)箱時(shí)(電源中轉(zhuǎn)箱內(nèi)配置以太網(wǎng)光電交換機(jī)，將信號(hào)轉(zhuǎn)化為光纖以太網(wǎng)接口)，標(biāo)準(zhǔn)接口為 RJ45 以太網(wǎng)接口；當(dāng)直接和環(huán)網(wǎng)連接時(shí)，可采用光纖以太網(wǎng)接口(SC 接口)。

2 現(xiàn)場(chǎng)安裝

2.1 固件安裝

煤量掃描裝置在膠帶輸送機(jī)安裝位置見(jiàn)示意圖4。圖中的龍門(mén)框或者安裝支架需要根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)計(jì)，安裝高度在1～10 m范圍內(nèi)，將安裝調(diào)整座與煤量掃描裝置安裝在一起并用2-M16X45螺釘固定。

圖4 煤量掃描裝置安裝位置示意

2.2 電氣連接

連接選擇最大外徑為10～12 mm的光纜與電纜，光纜采用具有MA 認(rèn)證的6芯光纜，電纜采用具有MA認(rèn)證的移動(dòng)電纜。煤量掃描裝置和控制箱的通訊可以選擇網(wǎng)線或者光纖，只需要連接一種即可。連接完成后將接線腔蓋板重新安裝好，在安裝過(guò)程中注意保護(hù)好隔爆面，以免損傷隔爆面。由于不能確保光纜電纜連接設(shè)備同步運(yùn)動(dòng)，所以必須確保光纜和電纜有足夠的預(yù)留長(zhǎng)度，一般不低于20 m。

3 報(bào)警和故障指示

煤量掃描裝置采用了故障診斷技術(shù)，通過(guò)控制中心對(duì)該裝置進(jìn)行故障報(bào)警，見(jiàn)表1。

4 維護(hù)和清潔

4.1 維 護(hù)

在日常維修維護(hù)前，請(qǐng)確保將煤量掃描裝置前級(jí)供電電源切斷并掛牌警示；使用萬(wàn)用表檢查并確認(rèn)電源端子處的電壓為 0 V；對(duì)設(shè)備整體進(jìn)行維修與維護(hù)必須將探測(cè)器從安裝支架上拆下來(lái)，以確保維修維護(hù)工作安全進(jìn)行。按照維護(hù)計(jì)劃中規(guī)定的周期目視檢查探測(cè)器及其附近區(qū)域，并注意以下各項(xiàng)：①防爆箱體內(nèi)和玻璃上積聚的粉塵；②電纜和電線及其屏蔽層的連接是否緊固；③電纜絕緣的完整性，不得損壞外部電纜護(hù)套；④信號(hào)和動(dòng)力電纜的正確類(lèi)型。如需更換零件，將煤量掃描裝置前門(mén)打開(kāi)，參照零部件位置圖更換對(duì)應(yīng)零部件，更換零部件時(shí)注意保護(hù)好隔爆面以及防止水與粉塵進(jìn)入殼體內(nèi)部。

表1 報(bào)警和故障指示

4.2 清 潔

由于電氣元件和接線上的粉塵可導(dǎo)致故障和元器件損壞，而松散的連接中可能積聚粉塵和濕氣，會(huì)導(dǎo)致低電平信號(hào)丟失。出于這些方面的原因考慮，應(yīng)定期檢查箱體并在必要時(shí)清潔。透明玻璃上粉塵會(huì)影響掃描儀掃描精度， 因此必須確保玻璃表面的清潔。在清潔時(shí)，請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)：①將設(shè)備或組件蓋住，以防止污物進(jìn)入；②可以使用真空吸塵器和無(wú)紡清潔布清除玻璃上和殼內(nèi)粉塵；③應(yīng)使用吸水和吸油的超細(xì)纖維清除零部件上的油性或油脂沉積物。

5 結(jié) 語(yǔ)

礦用隔爆型煤量掃描裝置在某大型礦井千萬(wàn)噸綜放工作面膠帶輸送機(jī)進(jìn)行了為期半年的工業(yè)試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集煤量數(shù)據(jù)與理論計(jì)算比較，結(jié)果表明，新設(shè)計(jì)的煤量掃描裝置生成煤量數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值偏差在2%以?xún)?nèi)，較傳統(tǒng)的膠帶電子秤精度更高，而且運(yùn)行可靠性好，故障率極低，完全可以滿(mǎn)足綜放工作面日常煤量監(jiān)測(cè)，有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。