矿用带式输送机运输监控系统的设计研究_白宝泉.pdf

矿用带式输送机运输监控系统的设计研究 白 宝 泉 （霍州煤电集团沁安煤电有限责任公司 ， 山西 霍州 031400 ） 摘要 运输监控系统作为矿用带式输送机中的关键系统， 保证其系统具有较高、 稳定的监控性能至 关重要。 因此， 以带式输送机使用中存在问题为基础， 开展了带式输送机运输监控系统的总体方案、 变 频器、 环网系统等方面的设计研究， 并将其进行了实际应用测试， 结果表明 该监控系统运行稳定、 可 靠， 能有效缩短带式输送机的故障发生率及故障检修时间， 并为企业节约较多的费用支出， 得到人员 的一致好评。这对提高带式输送机的作业安全具有重要作用。 关键词 煤矿 ； 带式输送机 ； 运输监控系统 ； 设计 中图分类号 TD634文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 02- 0133- 03 Design and Research on the monitoring system of mining belt conveyor BAI Baoquan （Qinan Coal and ElectricityCo., Ltd., Huozhou Coal and ElectricityGroup , Huozhou 031400 , China） Abstract as the key system of mining belt conveyor, it is very important to ensure the high and stable monitoring perance of the transportation monitoring system. Therefore, based on the problems existing in the use of the belt conveyor, the design and Research on the overall scheme, frequency converter, ring network system and other aspects of the belt conveyor transportation monitoring system are carried out, and the practical application test is carried out. The results show that the monitoring system is stable and reliable, and can effectively reduce the failure rate and failure maintenance time ofthe belt conveyor, and it is also an enterprise We have saved a lot of expenses and won unanimous praise fromthe staff. It plays an important role in improvingthe operation safetyofbelt conveyor. Key words coal mine ; belt conveyor ; transportation monitoringsystem; design 0引言 带式输送机作为煤矿开采中的重要设备， 保证 其结构具有较好的运行性能， 则是保证煤矿高产量 的重要基础[1]。而由于井下环境的相对恶劣及带式 输送机自身存在的问题， 导致其在运行过程中时常 出现打滑、 跑偏、 振动剧烈、 温度过高等不同类型的 故障现象， 严重影响着设备的正常运行及人员的作 业安全[2]。因此， 有必要在带式输送机上设计监控系 统， 以此实现对设备运行状态的实时监控及故障排 除。通过重点分析带式输送机运行中出现的故障问 题， 从系统的总体系统方案、 变频器、 环网系统等方 面，开展了带式输送机运输监控系统的设计研究， 并将该监控系统进行了应用测试， 由此， 验证了该 系统的稳定性及可靠性。这为提高带式输送机的运 行安全提供了有效保障。 1带式输送机运输系统组成分析 带式输送是煤矿环境中的重要设备， 其结构主 要包括皮带、 滚筒、 托辊、 机架、 制动装置、 驱动装 置、 驱动电机等部件[3]， 而带式输送机运输监控系统 则是输送机设备中的重要组成部分， 主要负责对设 备运行过程中出现的各类故障进行实时监控及控 制， 以此保证设备的正常运行。结合现有带式输送 机中监控系统结构特点，其监控系统一般由管理 层、 控制层、 设备层等组成[4]， 其结构组成如图 1 所 示。其中， 管理层中主要包括组态软件及上机位， 负 责整套监控系统进行实时监控， 并根据设备的运行 状态， 下达相关控制命令， 显示设备实际运行状态 及对各类数据的存储更新。控制层则包括 PLC 主 站、 分站、 防爆箱， 是整套系统的处理中心， 主要负 责对信号的逻辑运算、 信号分析、 故障保护、 现场数 据显示保护等功能； 设备层则包括各类传感器及相 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 图 1运输监控系统结构组成图 133 ChaoXing 关执行设备， 主要对系统的运行动作、 故障点进行 参数的采集及状态反应， 并输送机运行中出现的打 滑、 跑偏、 温度升高、 振动剧烈等信号进行及时上 传。由此， 通过各个环节的相互配合， 基本组成了带 式输送机运输监控系统。 2运输监控系统所需具备功能设计 2.1跑偏保护功能设计 输送机在运行过程中， 由于某一段时间收到各 个方向的离心力作用， 导致皮带偏心轴线而出现了 脱离运输及轨道中心线， 进而出现了跑偏现象[5]。而 导致输送机出现该故障的主要因素包括 ①皮带滚 筒运行时出现了位置偏移现象； ②皮带运输过程中 由于受到来自煤炭不同大小的冲击力作用； ③皮带 安装时的相对位置出现了偏差， 未严格控制在正常 运行部位。输送机一旦出现了跑偏现象， 将会导致 设备的严重损害， 缩短皮带的使用寿命， 最终引起 人员的伤亡。故在运输监控系统中设计了跑偏保护 装置， 当皮带出现跑偏现象时， 监控系统将会及时 发出相应的报警及停机信号， 以实现对设备的有效 保护。 2.2急停保护功能设计 由于井下环境的相对恶劣， 加上皮带及其他部 件的长期运行， 很大程度上会出现皮带的磨损严重 或开裂、 部件的非正常运行， 设备长时间的运转下， 故障发生点无法准备预估。针对此无法预知的故 障， 在运输监控系统设计中， 增加了急停保护功能， 主要是安装了串联式触点开关， 一旦设备上的某个 部分发生故障问题， 将通过此控制设备， 实现对设 备的紧急停机，实现第一时间的中断故障操作， 有 效实现对设备及人员的有效保护[6]。 2.3打滑保护功能设计 设备中的皮带在长时间的运转过程中， 由于外 界因素的影响，加上皮带自身的材料质量相对较 差， 导致皮带与滚筒之间的摩擦力逐渐减小， 出现 了相对滑动现象， 最终出现了皮带的打滑现象。皮 带的打滑， 不仅会增加皮带的磨损程度， 也会使结 构出现局部升温现象， 并产生火花， 极容易引起井 下瓦斯爆炸等故障现象。故在运输监控系统设计 中， 需对皮带的打滑故障进行保护， 在皮带或滚筒 相应位置安装速度传感器， 当出现打滑现象， 监控 系统发生相应的故障报警信号， 以此实现对皮带打 滑现象的实时检测。 3运输监控系统方案设计 3.1总体方案设计 结合带式输送机的结构特点， 对其运输监控系 统进行了总体设计。在整个监控系统中， 在现有的 带式输送机控制中心设置了监控上机位、 网络交换 机、 PLC 控制主站等设备，可通过以太网实现与地 面各分站点调度中心及 PLC 控制器的有效连接。 PLC 控制主站下面设置了三个控制分站， 包括 1 集 控室分站、 2 煤仓顶分站、 3 井底防爆箱分站等， 分别起到数据处理及传输、对煤仓顶实时监测、 控 制输送机机尾设备等功能。同时， 在设备的皮带两 侧，各安置了各类保护设备，包括GSC- 200/1000 速度传感器、KHJ24 串联式触点开关、GEJ25- 40 跑 偏报警装置、GW50AG温度传感器等， 可有效实现 对设备的监控运输系统。另外， PLC 控制器与上机 位之间的通讯则主要采用了以太网方式进行连接， 而 PLC 主站与分站之间则采用了 Profinet 的以太网 总线电缆进行通讯， 针对较远距离时， 采用了光缆 进行通讯连接，以增强结构的抗干扰性及通讯效 果。整个带式输送机运输监控系统的总体框架图如 图 2 所示。 图 2带式输送机运输监控系统总体框架图 3.2变频器设计 变频器是整个运输监控系统中的重点部件。结 合市场上成熟的变频器产品，选用了西门子的 SKI780 变频器， 其实物图如图 3 所示， 该变频器具 有变频范围广、 可靠性强、 灵敏度高等特点， 并能有 效与外部的以太网、 电缆及光缆进行快速对接及通 讯。同时， 该设备在与 PLC 进行连接时， PLC 中的模 拟输出量信号通过 A/D 模块转换后， 以 2～20mA 的 电流形式， 将输出信号输入至变频器中的模拟量输 入端子中，以此实现对变频器输出电源频率的控 制。另外， 该变频器内部设计了可编程逻辑控制功 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 134 ChaoXing 能， 可通过自动或手动形式进行工作方式的相互切 换， 操作较为简单。 图 3SKI780 变频器实物图 3.3环网系统设计 在整个运输监控系统中， 由于设置了一个主站 及三个分站， 且主站及分站之间主要通过以太网方 式进行通信连接。故在系统设计时， 在各个设备之 间设置了两光两电的交换机设备， 通过光电的相互 转换，在设备之间形成了一个冗余的通讯环网， 整 个环网的框架流程图如图 4 所示。该环网中， 主站 上的交换机与百兆交换机进行连接交换， 之后再与 矿井信息平台上的千兆交换机进行连接交换， 最终 将交换后的数据信号输送至调度室中， 以此实现对 PLC 控制器与监控中心的通信连接。当带式输送机 中的某个部件出现故障而无法正常使用时， 可通过 在该环网系统来保证相关部件的正常通信使用。 图 4环网系统框架流程图 4现场应用效果分析 综上分析， 完成了带式输送机运输监控系统的 设计。为进一步验证该系统的实际运行效果， 将其 在 QD80 型带式输送机上进行了应用测试，主要是 将该监控系统嵌入至该输送机中， 并完成与该输送 机中运输系统的兼容调试， 由此， 开展了将近 6 个 月的现场应用测试。最终测试结果表明 该运输监 控系统整体运行稳定、 可靠， 各项功能运行正常， 能 及时对带式输送机运转中出现的皮带跑偏、 皮带打 滑、 设备振动剧烈等故障信息进行准确抓取及故障 报警， 当故障等级达到一定程度时， 也可通过急停 开关进行系统的急停控制操作。据现场统计， 该系 统运行期间，使带式输送机的故障发生率降低了 60， 故障检修时间缩短了将近 70， 按 1 年估算， 可为企业节约将近 2 万元 / 台的费用支出。此应用 结果得到了现场人员的一致好评， 建议将该监控系 统进行推广应用。 5结论 结合现有带式输机使用中存在的主要故障问 题，开展了带式输送机运输监控系统的设计研究， 主要对该系统中的总体系统方案、 变频器、 环网系 统等方面进行重点分析， 最终将该监控系统进行了 现场应用测试， 结果表明 该监控系统运行正常， 能 准确、 及时的将带式输送机的现场运行状态进行实 时监控及故障反应控制，得到操作人员的一致好 评， 据估算， 可为大大降低带式输送机的故障发生 率及故障检修时间，并为企业节约 2 万元 / 台的费 用支出， 可将该监控系统进行推广应用。此研究不 仅提高了带式输送机的运行安全， 也为后期监控系 统的进一步推广应用提供了参考。 参考文献 [1] 高胜.煤矿井下皮带输送机 PLC 控制实践研究[J].江西化 工,2019 （05） 144- 146. [2] 辛伟. 分布式光纤测温系统在煤矿皮带运输机上的应用 [J].内蒙古煤炭经济,2019 （18） 203205. [3] 刘一非. 煤矿皮带运输中自动化控制技术的应用分析[J]. 石化技术,2019,26 （09） 323- 324. [4] 郭宁.煤矿皮带运输机 PLC 控制系统的设计与实现[J].电 子技术与软件工程,2019 （12） 137. [5] 范丽娅. 煤矿井皮带运输状态监测与事故预警系统研究 [D].河北科技大学,2019. [6] 李进朝. 煤矿井下运输系统及集控系统研究与设计[D]. 西安科技大学,2018. 作者简介 白宝泉， 男， 1990 年 10 月出生， 汉族， 山西五台人， 2015 年 7 月毕业于安徽理工大学， 采矿工程专业， 本科学历， 助理 工程师， 现任霍州煤电集团沁安煤电有限责任公司工程技术 科副科长。 （收稿日 2020- 1- 2） 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 135 ChaoXing