皮帶輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究

王成綱

（汾西礦業(yè)設(shè)備修造廠， 山西 介休 032000）

引言

皮帶輸送機(jī)是煤礦井下主要運(yùn)輸設(shè)備，通過滾筒帶動(dòng)輸送皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)煤炭運(yùn)輸[1-2]。皮帶輸送機(jī)在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)故障會(huì)給井下正常生產(chǎn)帶來嚴(yán)重制約，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，皮帶輸送機(jī)沿線需要安裝跑偏、打滑、溫度、縱向撕裂等安全監(jiān)測(cè)傳感器[3]。對(duì)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)提高井下煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)安全性具有顯著促進(jìn)意義?，F(xiàn)階段礦井使用的監(jiān)控系統(tǒng)普遍存在自動(dòng)化程度低、功能不完備、可靠性不強(qiáng)等問題。為此，本文根據(jù)煤礦井下實(shí)際情況，提出一種新的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)集中皮帶輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制及故障自動(dòng)診斷等功能，可在一定程度上提升皮帶輸送機(jī)自動(dòng)化控制程度及運(yùn)行監(jiān)控能力。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)可實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)及運(yùn)行控制，具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括輸送機(jī)皮帶運(yùn)行速度、張緊力、滾筒振動(dòng)及溫度、電動(dòng)機(jī)電流及溫度、減速機(jī)軸速及溫度、縱向撕裂、跑偏、堆煤及煙霧等，運(yùn)行控制內(nèi)容包括軟啟動(dòng)、急停及張緊回路、灑水電磁閥等。依據(jù)皮帶輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控需要，提出的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括上位機(jī)、信息處理模塊、機(jī)頭及機(jī)尾下位機(jī)、變頻器、監(jiān)控傳感器等。上位機(jī)置于地面監(jiān)控中心，通過工業(yè)以太網(wǎng)與處理器模塊通信，處理器模塊與下位機(jī)CAN 總線方式連接。處理器模塊置于巷道內(nèi)，主要設(shè)備以STM32 芯片組為主，用以對(duì)下位機(jī)監(jiān)測(cè)信號(hào)分析、遠(yuǎn)程通信。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件及軟件結(jié)構(gòu)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

2.1.1 下位機(jī)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要包括下位機(jī)、各安全監(jiān)測(cè)傳感器等，其中機(jī)頭下位機(jī)主要功能是監(jiān)測(cè)皮帶是否出現(xiàn)縱向撕裂、跑偏、堆煤等故障；機(jī)尾下位機(jī)作用是監(jiān)測(cè)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)軟啟動(dòng)、運(yùn)行速度調(diào)整，對(duì)皮帶輸送機(jī)沿線布置的急停開關(guān)、灑水電磁閥等控制。機(jī)頭下位機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，保障下位機(jī)有撕裂、跑偏、堆煤等傳感器準(zhǔn)確連接即可；機(jī)尾下位機(jī)用以對(duì)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)、運(yùn)行控制等，結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示，監(jiān)測(cè)參數(shù)均通過下位機(jī)CPU 進(jìn)行處理分析，并智能控制皮帶輸送機(jī)運(yùn)行。

圖2 機(jī)尾下位機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 監(jiān)測(cè)傳感器

皮帶輸送機(jī)沿線布置的各類傳感器是實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制的基礎(chǔ)，傳感器選擇類型、安裝位置等均會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)度帶來影響。文中根據(jù)以往研究成果及傳感器安裝經(jīng)驗(yàn)，確定各類型傳感器型號(hào)、安裝位置。

速度傳感器用以獲取皮帶運(yùn)行速度，并通過對(duì)比監(jiān)測(cè)速度與滾筒運(yùn)行線速度來判定是否出現(xiàn)打滑故障，選用的速度傳感器型號(hào)為GSC6-SC，將傳感器置于皮帶回撤側(cè)；溫度傳感器用以對(duì)滾筒、電機(jī)、皮帶等溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)溫度過高導(dǎo)致設(shè)備故障或者火災(zāi)等隱患，采用的溫度傳感器型號(hào)為KGW200H，置于輸送機(jī)機(jī)架上，探測(cè)與滾筒的間隔為200 mm；煙霧傳感器用以監(jiān)測(cè)皮帶、煤炭或者電纜等自燃引起的煙霧，采用的傳感器型號(hào)為GQL0.1，將傳感器置于驅(qū)動(dòng)滾筒下風(fēng)口側(cè)；跑偏監(jiān)測(cè)傳感器對(duì)輸送機(jī)沿線皮帶跑偏情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用的傳感器型號(hào)為GEJ-15，傳感器分別設(shè)置在機(jī)頭、機(jī)尾及輸送機(jī)中部位置。

2.2 軟件結(jié)構(gòu)

2.2.1 運(yùn)行控制流程

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通電先進(jìn)行初始化處理，后對(duì)皮帶輸送機(jī)沿線設(shè)備分配IP 地址、循環(huán)監(jiān)測(cè)沿線設(shè)備是否出現(xiàn)故障；當(dāng)滿足皮帶輸送機(jī)啟動(dòng)要求時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)自身故障進(jìn)行排查，向張緊裝置發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)、向變頻控制裝置發(fā)出軟啟動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)正常啟動(dòng)。在正常運(yùn)行過程中，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)存在異常時(shí)，會(huì)按照預(yù)先設(shè)定規(guī)則啟動(dòng)灑水程序、報(bào)警程序、緊急停機(jī)程序。

2.2.2 人機(jī)交互界面

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)交互界面是基于LabVIEW 開發(fā)的，內(nèi)置有數(shù)據(jù)庫(kù)程序、通信程序，具體人機(jī)交互界面如圖3 所示。通過人機(jī)交互界面可實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)檢修、集中及就地控制。交互界面可顯示皮帶輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)、各傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)存在異常時(shí)會(huì)發(fā)出預(yù)警提示。

圖3 人機(jī)交互界面圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

將遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到山西某礦2506 主運(yùn)輸巷皮帶輸送機(jī)監(jiān)控中，2506 主運(yùn)輸巷內(nèi)布置的皮帶輸送機(jī)長(zhǎng)度1503 m，采用的輸送機(jī)型號(hào)為DTL80/50/2×132，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試后人為隨機(jī)模擬皮帶輸送機(jī)打滑、跑偏、縱向撕裂及高溫等故障，對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行分析，具體監(jiān)測(cè)結(jié)果見表1。

從表1 可看出，皮帶輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)打滑、跑偏、高溫等故障監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)響應(yīng)速度快，同時(shí)可快速定位故障位置?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，皮帶輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可滿足運(yùn)輸巷惡劣環(huán)境需要，傳感器、下位機(jī)、下位機(jī)模塊等均可靠運(yùn)行，監(jiān)測(cè)信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸穩(wěn)定。

表1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出一種遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警，并可實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行遠(yuǎn)程控制?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐也表明，該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可精準(zhǔn)、靈敏判定皮帶輸送機(jī)運(yùn)行故障，可在一定程度上提升皮帶輸送機(jī)運(yùn)行可靠性及安全保障能力。