帶式輸送機(jī)運(yùn)行綜合監(jiān)控系統(tǒng)研究

梁冠群

（山西汾西瑞泰正中煤業(yè)有限公司，山西 靈石 031300）

引言

確保帶式輸送機(jī)高效運(yùn)行對(duì)礦井效益具有重要意義[1-2]。但是受到井下環(huán)境惡劣、帶式輸送機(jī)負(fù)載帶以及運(yùn)輸距離長(zhǎng)等因素影響，輸送機(jī)工作期間會(huì)出現(xiàn)跑偏、打滑、溫度異常以及劇烈振動(dòng)等故障情況，從而制約煤炭運(yùn)輸安全[3-5]。因此，有必要監(jiān)測(cè)帶式輸送機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)故障預(yù)警及排除。文章針對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題，從監(jiān)控方案、變頻器以及通信環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)等方面對(duì)提出的綜合監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析，以期提升帶式輸送機(jī)運(yùn)行保障能力。

1 帶式輸送機(jī)運(yùn)行綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)主要用以對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)并對(duì)故障進(jìn)行預(yù)警，確保帶式輸送機(jī)可靠運(yùn)行[6-7]。結(jié)合現(xiàn)有帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)，文中提出的綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括設(shè)備層、控制層、管理層等構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)備層設(shè)備包括傳感器及相關(guān)執(zhí)行設(shè)備，主要用以對(duì)故障點(diǎn)參數(shù)以及帶式輸送機(jī)各部件運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)，并及時(shí)上傳帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中監(jiān)測(cè)獲取到的溫度升高、跑偏、打滑、劇烈振動(dòng)等信號(hào)；控制層是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心處理中心，設(shè)備包括監(jiān)控分站、PLC 主站、防爆箱等，主要功能包括監(jiān)測(cè)信號(hào)分析處理、邏輯運(yùn)算、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示、故障保護(hù)等；管理層包括上位機(jī)及內(nèi)嵌控制軟件，用以管理整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行并依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)出控制指令，顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)參數(shù)并存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)組成環(huán)節(jié)相互配合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行的綜合監(jiān)控。

2 綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能

2.1 跑偏保護(hù)功能

煤礦井下帶式輸送機(jī)運(yùn)行距離長(zhǎng)，在運(yùn)輸過(guò)程中某一時(shí)間段受到離心力作用時(shí)即會(huì)導(dǎo)致輸送帶偏移出運(yùn)輸中線，導(dǎo)致輸送帶發(fā)生跑偏。引起輸送帶跑偏故障因素眾多，歸結(jié)起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)：

1）輸送機(jī)滾筒（驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)向等）運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)位移偏差；

2）輸送帶在運(yùn)行期間受到運(yùn)輸物料的較大沖擊，在沖擊偏移力作用下導(dǎo)致輸送帶跑偏；

3）皮帶輸送機(jī)安裝精度偏低，安裝位置出現(xiàn)較大偏差；

4）輸送機(jī)皮帶或者滾筒上黏附有大量異物、托輥掉落等。

輸送機(jī)出現(xiàn)跑偏不僅會(huì)影響輸送皮帶使用壽命，增加運(yùn)送物料灑落量，而且嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸事故發(fā)生。因此，在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)計(jì)跑偏保護(hù)裝置，當(dāng)發(fā)現(xiàn)輸送帶跑偏嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)出預(yù)警信號(hào)并停止運(yùn)行帶式輸送機(jī)，以便降低跑偏對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

2.2 輸送帶打滑保護(hù)功能

帶式輸送機(jī)長(zhǎng)時(shí)間、重載荷工作期間，受到外界環(huán)境因素、輸送帶磨損以及滾筒表層磨損等因素影響，輸送帶與滾筒間摩擦?xí)兴档?，?dāng)輸送帶受到的張緊力較小時(shí)容易導(dǎo)致輸送帶與滾筒間出現(xiàn)打滑問(wèn)題。輸送機(jī)出現(xiàn)打滑不僅會(huì)增加輸送帶及滾筒磨耗，而且導(dǎo)致局部問(wèn)題顯著增加，甚至出現(xiàn)引燃附近煤炭、瓦斯爆炸等事故。因此，在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中對(duì)打滑故障進(jìn)行監(jiān)控，具體通過(guò)速度傳感器監(jiān)測(cè)輸送帶與滾筒速度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)輸送機(jī)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)報(bào)警并停止運(yùn)行帶式輸送機(jī)。

3 帶式輸送機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)充分利用井下帶式輸送機(jī)現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備，在原有的帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)中增設(shè)監(jiān)控上位機(jī)、PLC 控制主站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備，并利用已有的工業(yè)以太網(wǎng)連接PLC 控制器、地面調(diào)度中心。在PLC 控制主站下布置3 個(gè)監(jiān)測(cè)分站（分別為1號(hào)集控分站、2 號(hào)煤倉(cāng)頂分站及3 號(hào)井底防爆箱分站），監(jiān)測(cè)分站用以數(shù)據(jù)處理、傳輸以及帶式輸送機(jī)運(yùn)行控制，具體硬件組成如圖2 所示。

圖2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成

在帶式輸送機(jī)兩側(cè)位置安裝溫度、速度、跑偏等各類(lèi)傳感器，具體傳感器類(lèi)型為：跑偏傳感器GEJ25-40、速度傳感器GSC-200/1000、串聯(lián)式觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)KHJ24、溫度傳感器GW50A（G）等，可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行綜合監(jiān)控。

上位機(jī)、PLC 用以太網(wǎng)連接，PLC 主站與分站間采用Profinet 通信，從而提高通信效率。

3.2 通信網(wǎng)絡(luò)

在帶式輸送機(jī)綜合監(jiān)控系統(tǒng)中布置一個(gè)PLC主站、3 個(gè)監(jiān)測(cè)分站，主站與分站間采用Profinet 通信。為確保通信系統(tǒng)可靠運(yùn)行，在監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備間布置兩光兩電交換機(jī)，通過(guò)光電相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)冗余通信網(wǎng)絡(luò)，具體通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3 所示。在通信環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)中，主站先與百兆交換機(jī)連接，之后再與千兆交換機(jī)連接，最后將監(jiān)測(cè)信號(hào)傳輸給調(diào)度中心，從而實(shí)現(xiàn)PLC 主站與監(jiān)控中心間正常信息通信。

圖3 通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

將綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到山西某礦主斜井帶式輸送機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)中，該斜井采用的帶式輸送機(jī)型號(hào)為T(mén)D75 型、輸送帶寬度1 400 mm、額定運(yùn)行速度3.6 m/min，運(yùn)輸長(zhǎng)度1 206 m。將綜合監(jiān)控系統(tǒng)融合到帶式輸送機(jī)原有監(jiān)控系統(tǒng)后，經(jīng)過(guò)為期5 個(gè)月調(diào)試，可實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

綜合監(jiān)控可始終保持平穩(wěn)運(yùn)行，可對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的打滑、跑偏、劇烈振動(dòng)等故障信息進(jìn)行檢查并及時(shí)預(yù)警，當(dāng)故障達(dá)到一定程度后即自動(dòng)緊急停止帶式輸送機(jī)運(yùn)行。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，在綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用區(qū)間，帶式輸送機(jī)故障發(fā)生率降幅達(dá)到60%，輸送機(jī)故障維修耗時(shí)縮短70%以上，預(yù)計(jì)每年可降低輸送機(jī)故障維護(hù)以及設(shè)備更換費(fèi)用約2.5 萬(wàn)元。在斜井帶式輸送機(jī)上使用的綜合監(jiān)控系統(tǒng)取得較好的應(yīng)用效果，并獲得現(xiàn)場(chǎng)人員一致好評(píng)，建議將該綜合監(jiān)控系統(tǒng)推廣應(yīng)用到礦井其他帶式輸送機(jī)上。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)現(xiàn)階段礦井帶式輸送機(jī)使用過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析，并對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)展開(kāi)研究。主要對(duì)綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案、通信系統(tǒng)進(jìn)行分析并將文中所提綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在山西某礦主斜井TD75 帶式輸送機(jī)上進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，文中所提綜合監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，可增強(qiáng)帶式輸送機(jī)故障排查能力以及預(yù)警能力，大幅降低帶式輸送機(jī)故障發(fā)生率及后續(xù)維修耗時(shí)，預(yù)計(jì)可節(jié)省主斜井帶式輸送機(jī)維修費(fèi)用約2.5 萬(wàn)元/年?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果獲得現(xiàn)場(chǎng)人員的一致好評(píng)，文中所提帶式輸送機(jī)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有一定的推廣價(jià)值。