煤礦皮帶機輸送系統保護控制裝置的設計方案研究

李愛軍

（西山煤電西曲礦綜采二隊，山西　古交　030200）

引言

能源消耗量的增加加速了我國煤礦企業的發展，各煤礦企業也加大了煤礦的開采力度。煤礦開采量的增加使得其對皮帶機運輸能力的可靠性和安全性提出了更高要求。為保障開采工作的順利進行，必須對皮帶運輸機的輸送系統設置保護控制裝置來實施全方位的監控和管理，保障皮帶運輸機工作的正常進行。本文設計了一種煤礦皮帶機輸送系統的保護裝置，其設計主要是基于西門子S7-200為主控單元[1]，來保障皮帶機在工作過程中出現的打滑、跑偏、超溫、煙霧、縱撕等工作故障。該系統通過實踐應用證明可以實現其對皮帶機運輸過程中的故障保護，提高煤礦機械運行的自動化水平。

1　新型煤礦皮帶保護裝置簡介

新型煤礦皮帶保護裝置系統設計的CPU型號為CPU224XP，是西門子S7-200PLC系列產品。該CPU存儲器用戶程序大小運行模式下編輯12 288字節，用戶數據10 240字節，掉電時間為100小時/典型值，可選電池200天/典型值，共有6個高速計算器，脈沖輸出為2個100 kHz（限于DC輸出）[2]。是當前市場上運算速度非常快、安全可靠性也非常高的一款CPU，可以用做控制復雜程序的控制系統。該保護裝置的硬件系統主要是保護傳感器，檢測電路，A/D轉換電路等組成，如圖1所示。在皮帶運輸機尾部位安裝接口箱，用于機尾的通話、閉鎖、機尾跑偏的接入。

2　新型煤礦皮帶機保護裝置的顯示與控制系統分析

該保護控制裝置的整個系統包括電源和變壓器部分及起主控作用的DSP部分和起控制顯示作用的單片機。其中DSP部分用于數據的采集、運算和處理，通過接收到的傳感器信號分析皮帶存在的故障，并根據預設指令調整控制皮帶機的狀態;單片機用于接收用戶所設置的參數、顯示皮帶機的狀況及與DSP進行通信[3]。

3　新型煤礦皮帶機保護裝置傳感器布置設計方案分析

3.1　跑偏保護裝置的設計

跑偏保護的作用是當輸送帶在一定程度內跑偏時能夠使輸送機在規定時間內停機。該保護裝置將跑偏保護問題分為為一級和二級，一級跑偏時保護裝置進行報警處理，二級跑偏時保護裝置進行停機處理[4]。跑偏裝置由支架、立輥、微動開關、凸輪、凹輪、復位彈簧、底座等組成。在運輸過程中當跑偏檢測器與立輥接觸時，通過檢測立輥偏移的角度來進行一級和二級的區分，12°內的偏移為一級跑偏問題，大于12°小于25°的偏移為一級跑偏問題

3.2　煙霧保護及自動灑水裝置的設計

摩擦會導致打滑處的溫度升高，從而產生各類煙霧，嚴重時還會引發火災事故。本保護裝置采用的GQQ5礦用本安型煙霧傳感器[5]，并配有獨立的RFMH型熱敏式超溫自動灑水裝置。在出現火災后可自行進行滅火處理工作。GQQ5礦用本安型煙霧傳感器采用氣敏型探頭元件，靈敏、可靠、無誤動作，可檢測到≥0.1mg/m3的煙霧濃度，并實現帶式輸送機煙霧保護。

3.3　堆煤保護裝置的設計

本裝置的設計為制作150mm×90mm大小的電路板，并選擇合適的電阻、電容和變壓器，在符合井下條件的情況下進行安裝調試，將其安裝在機頭控制箱內，探極線引到機頭。本裝置制作簡單，安裝方便，很大程度上保護了皮帶撕裂事故的發生。從最近的運行情況來看，效果明顯。

3.4　撕裂保護裝置的設計

撕裂保護裝置的作用在于當皮帶機的膠帶發生撕裂故障時，對其進行停機保護，盡力減小其對膠帶的影響。本保護裝置中，使用的是高精度視覺傳感器，可以準確的定位膠帶出現的裂縫位置。當運行過程膠帶出現裂縫，保護裝置的控制系統就會輸出跳閘信號，進行報警處理，并提示工作人員采取進一步措施。

3.5　速度保護裝置的設計

本速度保護裝置主要由觸輪、脈沖盤、電子脈沖開關、殼體和拉簧等組成。觸輪隨膠帶運行而帶動內部的脈沖盤，在脈沖盤旋轉時傳感器的磁感應信號輸入到控制電路中，經放大、整形后進行計數，其計數值與預置數比較，判斷膠帶的帶速，從而得出相應的運行速度，執行相應的開關信號，現場示意圖如圖2所示。

4　皮帶機輸送系統保護控制裝置功能的實現

在皮帶機輸送系統保護控制裝置中，其各種功能的實現主要通過以下方式進行。第一，全方面的自動檢測和監控功能可以用來實現其啟動及運輸功能。第二，手動控制功能。在保護控制裝置中還保留了手動控制裝置來應對相應緊急情況的人工操控。第三，溫度保護功能。通過溫度預警值的設定來實現對皮帶機的運行保護功能。第四，通過檢測皮帶機推動了運行速度實現了其安全保護功能。另外還實現了對物料的堆料保護功能、CO濃度的保護功能等[6-7]。

圖2　速度保護裝置的現場示意圖

5　結語

針對煤礦皮帶機的運輸特點以及運行工礦，設計的綜合保護控制裝置可以實現其信息融合與自動調節保護的功能。該皮帶機輸送系統保護控制裝置經過一段時間的應用，能起到保護控制的效果，提高了皮帶機運行工作的安全性與穩定性，是當前大型煤礦自動化生產過程中的必備裝置，可以進行推廣應用。

[1]翟冠男.煤礦皮帶運輸機PLC控制系統的設計與實現[J].機電工程技術，2017（9）：103-104；139.

[2]況旭.煤礦生產中PLC控制在皮帶保護中的應用[J].河南科技，2014（18）：124-125.

[3]董軍，駱建營，徐曉曉.PLC控制在皮帶保護中的應用[J].煤礦現代化，2013（S1）：83-85.

[4]劉代建.基于PLC的管、皮帶運輸機電氣控制系統設計[J].科技創新與應用，2013（5）：42.

[5]竇巖.煤礦皮帶運輸機斷帶保護電氣智能控制系統的研究[J].湖南農機，2012，39（7）：69；71.

[6]李繼紅，苗運江.基于PLC的礦用斷帶保護裝置的設計[J].液壓與氣動，2012（4）：105-107.

[7]徐偉，趙曰永，張中法，等.鋼絲繩輸送帶的全過程防撕裂檢測控制系統[J].橡膠工業，2001（9）：556-559.