選煤廠輸送帶巡檢裝置及其監控系統的設計

李新劍

（西山煤電西銘礦選煤廠，山西 太原030053）

引言

帶式輸送機為選煤廠的關鍵運輸設備，具有運輸距離遠、工作時間長的優勢。隨著選煤廠其他選煤設備自動化水平的提升，對帶式輸送機的運行效率和可靠性提出了更高的要求。帶式輸送機在實際運輸過程中存在斷帶、跑偏、打滑以及撕裂等事故。當前，針對帶式輸送機檢測問題以人工巡檢為主，存在檢測效率低、準確率低的問題，制約著選煤廠無人值守生產模式的實現[1]。因此，分析了帶式輸送機跑偏的事故并為其設計對應的巡檢裝置和監控系統。

1 帶式輸送機巡檢系統的總體設計

帶式輸送機關鍵部件包括有輸送帶、托輥、機架、驅動裝置、制動裝置、自動張緊裝置以及清掃裝置等。經統計，選煤廠帶式輸送機常出現的故障包括有撕裂、斷帶、跑偏、打滑、堆煤等。本文著重對帶式輸送機跑偏的事故為其設計對應的巡檢裝置和監控系統。簡單的說，帶式輸送機出現跑偏指的是皮帶的運行實際位置與設定位置出現偏離，造成上述問題的主要原因在于：

1）帶式輸送機輸送帶的實際運行方向與設備機架的中心線存在較大的誤差；

2）帶式輸送機輸送帶的實際運行方向與設備托輥中心線的垂直方向存在較大的誤差；

3）帶式輸送機托輥中心線發生較大的偏差[2]。

當帶式輸送機輸送帶發生跑偏事故時會增加輸送帶運行的摩擦力，從而加劇輸送帶的磨損甚至斷裂。為此針對帶式輸送機的跑偏事故設計一款具有監控功能的自動巡檢裝置，要求其具備如下功能：

巡檢裝置基于攝像機、溫濕度傳感器、煙霧傳感器等對選煤廠環境監控的同時，與設備實際運行狀態對比判斷是否存在故障并對所采集信息和分析的數據上傳至上位機。具備監控功能的自動巡檢裝置主要由巡檢裝置、上位機監控以及通信部分組成，其主體機構如圖1所示。

圖1 具備監控功能的自動巡檢裝置結構

2 選煤廠帶式輸送機巡檢裝置的設計

本節將對選煤廠帶式輸送機巡檢裝置的結構、控制器以及無線通信進行設計[3]。具體闡述如下：

2.1 巡檢裝置結構設計

根據帶式輸送機巡檢裝置的功能，設計如圖2所示的巡檢裝置。

圖2 巡檢裝置結構組成圖

如圖2所示，帶式輸送機巡檢裝置包括有驅動裝置、檢測裝置、充電裝置以及巡檢殼體組成。其中，檢測系統為該裝置的核心，其安裝有必要的傳感器（煙霧傳感器、溫濕度傳感器、攝像頭等），蓄電池以及對應的控制器等。

2.1.1 驅動系統的設計

結合選煤廠帶式輸送機輸送帶的長度為160 m，則對應巡檢裝置的單向巡檢長度為160 m。根據選煤廠巡檢需求，設定巡檢裝置的運行速度為0.5 m/s。考慮后期巡檢裝置維修的方便性，為其選擇通用性較高的齒輪。其中，巡檢主動齒輪的直徑為50 mm，從動齒輪的直徑為100 mm，對應行走輪的直徑為75 mm。根據齒輪傳動轉速及電機功率的計算公式，得出所需驅動電機的功率為22.4 W。根據選煤廠實際生產需求，要求驅動電機的實際功率為理論功率的3倍，則所選型電機的最小功率應為22.4 W×3=67.2 W，圓整為70 W[4]。結合計算結果和產品類型，選擇GDM-8型直流無刷電機為巡檢裝置的驅動電機，該電機的具體參數如表1所示：

表1 GDM-8型無刷直流電機參數

2.1.2 檢測系統的設計

結合巡檢裝置的功能要求，其檢測系統需對設備的跑偏事故、選煤廠的環境等進行監測。因此，為檢測系統配置攝像機、煙霧傳感器、溫濕度傳感器以及通訊分系統等，各個設備的型號及參數如下所示：

1）考慮到選煤廠工作環境惡劣，要求攝像機具備適應惡劣環境工作的需求。結合巡檢裝置的運行速度要求攝像機幀數不低于12 fps。綜合考慮，選擇海康威視的H.265網絡攝像機。

2）所選型溫濕度傳感器的型號為DHT11，其對溫度測量精度為±1℃，對濕度RH的測量精度為±4%。

3）所選型鹽霧傳感器的型號為ZYMQ-2，其注重對選煤廠粉塵濃度進行檢測，可檢測粉塵濃度（質量分數）范圍為300×10-6～10 000×10-6。

2.2 巡檢裝置控制器的設計

控制器為實現巡檢裝置功能任務的核心，本系統采用單片機的STM32系列為控制器的微處理器，基于控制器實現對巡檢裝置驅動系統、監測系統以及通訊系統的實時控制，從而實現巡檢裝置的自動巡檢功能。通過巡檢裝置控制系統實現對巡檢裝置的移動控制、視頻控制、數據采集與分析、數據存儲并根據數據采集與分析結果控制帶式輸送機輸送帶的運行與停機[5]。根據巡檢裝置的功能需求設計如圖3所示的控制流程圖：

圖3 巡檢裝置控制流程圖

如圖3所示，系統運行初始化后控制巡檢電機運行，并通過通訊系統將攝像機采集的圖像上傳至上位機判斷輸送帶是否出現跑偏；根據溫濕度傳感器所采集的數據判斷其是否超過預定值；根據煙霧傳感器所采集的數據判斷其是否超過預定值。并根據所采集的結果發出報警并控制輸送帶停機。

2.3 上位機監控系統的設計

上位機為實時顯示選煤廠帶式輸送機運行狀態及周圍環境的系統，其是實現選煤廠帶式輸送機自動巡檢的基礎，包括有對帶式輸送機狀態監測、實時數據查詢以及歷史故障數據的查詢等功能。此外，基于上位機監控系統可對系統的運行方式，溫濕度以及煙霧濃度以及攝像機的曝光時間、分辨率以及對比度等參數進行設置。以某應用實例為基礎其對應環境參數及溫濕度的檢測如圖4所示。

圖4 上位機監控系統實時數據曲線顯示

3 結語

帶式輸送機作為選煤廠關鍵運輸設備，其運輸安全性和效率直接決定選煤廠的運輸能力。在運輸過程中，輸送帶跑偏、斷裂、打滑等為常見故障。因此，需加強對帶式輸送機實時運輸狀態和運行參數，并根據實時監測結果對運行狀態進行控制，以保證選煤廠的整體運輸能力。