皮帶運(yùn)輸機(jī)安全與監(jiān)控系統(tǒng)的研究和應(yīng)用

葛根法

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

德興銅礦泗洲選礦廠投產(chǎn)時(shí)間較早，存在設(shè)備陳舊、種類多、能耗高、效率低，監(jiān)控和預(yù)警不智能等諸多問題。現(xiàn)有安全生產(chǎn)流程信息系統(tǒng)自2003年7月運(yùn)行至今，使用傳統(tǒng)馬賽克模擬屏實(shí)現(xiàn)全廠主要設(shè)備（圓錐、球磨機(jī)）運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，未包含皮帶運(yùn)行和監(jiān)控信息，且隨著浮選系統(tǒng)和圓錐系統(tǒng)的更新改造，生產(chǎn)流程信息系統(tǒng)已經(jīng)與現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)流程不相符，現(xiàn)有的皮帶運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)發(fā)展需要。通過對皮帶運(yùn)輸機(jī)安全設(shè)施升級改造完善監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，保障設(shè)備運(yùn)行安全及人員安全。同時(shí)可采集選礦廠主要設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)工況、工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)送到安全生產(chǎn)指揮中心，根據(jù)選礦廠生產(chǎn)狀況及工藝要求對生產(chǎn)流程及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控和操作，以提高生產(chǎn)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高效率運(yùn)行，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2 皮帶運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組成

結(jié)合泗洲選礦廠現(xiàn)有輸送機(jī)安全保護(hù)裝置的現(xiàn)狀，需要對現(xiàn)有的136條皮帶增設(shè)急停拉繩開關(guān)、急停按鈕、跑偏開關(guān)、打滑開關(guān)，各皮帶保護(hù)裝置的信號就近接入皮帶運(yùn)輸機(jī)就地操作箱，實(shí)現(xiàn)對皮帶輸送機(jī)的保護(hù)。結(jié)合現(xiàn)有輸送機(jī)報(bào)警裝置的現(xiàn)狀，需要對現(xiàn)有的36條皮帶增設(shè)預(yù)警信號裝置，實(shí)現(xiàn)對皮帶輸送機(jī)的啟停和故障預(yù)警。通過對皮帶運(yùn)輸機(jī)安全設(shè)施升級改造和組建監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對選廠各工段、供配電系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)等實(shí)施統(tǒng)一操作、集中監(jiān)控分析和統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)在選廠組建安全生產(chǎn)指揮中心，構(gòu)建選礦廠綜合信息管理平臺。

3 皮帶運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 皮帶運(yùn)輸機(jī)安全保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

依據(jù)帶式運(yùn)輸機(jī)安全規(guī)范（GB 14784-2013）和選礦安全規(guī)程（GB 18152-2000）10.3.4條款的要求，輸送機(jī)（或輸送線）應(yīng)（宜）裝設(shè)安全保護(hù)裝置和啟動(dòng)預(yù)示信號。結(jié)合泗洲選礦廠現(xiàn)有輸送機(jī)安全保護(hù)裝置的現(xiàn)狀，需要對現(xiàn)有的136條皮帶增設(shè)急停拉繩開關(guān)、急停按鈕、跑偏開關(guān)、打滑開關(guān)，各皮帶保護(hù)裝置的信號就近接入皮帶運(yùn)輸機(jī)就地操作箱，實(shí)現(xiàn)對皮帶輸送機(jī)的保護(hù)。需要對現(xiàn)有的36條皮帶增設(shè)預(yù)警信號裝置，實(shí)現(xiàn)對皮帶輸送機(jī)的啟停和故障預(yù)警［2］。

3.2 信號的采集與控制方式

皮帶機(jī)的急停拉繩開關(guān)信號、急停按鈕信號就近接入皮帶機(jī)就地操作箱，直接接入控制回路，實(shí)現(xiàn)對皮帶機(jī)輸送機(jī)的就地保護(hù)。皮帶機(jī)的跑偏開關(guān)、打滑開關(guān)的信號接入皮帶機(jī)就地操作箱匯集后，集中送至PLC控制系統(tǒng)集中監(jiān)控和報(bào)警。皮帶機(jī)的預(yù)警信號裝置的控制信號直接來自PLC控制系統(tǒng)，信號預(yù)警裝置電源取自皮帶機(jī)就地操作箱［1］。

3.2.1 急停拉繩開關(guān)

拉繩開關(guān)由拉桿、復(fù)位柄、凸輪、鎖槽及微動(dòng)開關(guān)等組成。拉繩開關(guān)安裝于皮帶輸送機(jī)的兩側(cè)的機(jī)架上，用鋼絲繩沿著輸送機(jī)兩側(cè)把開關(guān)連接起來。當(dāng)輸送帶設(shè)備發(fā)生緊急事故時(shí)，在現(xiàn)場沿線任意處拉動(dòng)鋼絲繩，鋼絲繩牽動(dòng)驅(qū)動(dòng)臂旋轉(zhuǎn)，通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)扭力彈簧使精密凸輪發(fā)生位移，驅(qū)動(dòng)控制線路，使得輸送機(jī)停止運(yùn)行。

急停拉繩開關(guān)的安裝圖如圖1所示。拉繩開關(guān)平通過螺栓固定在膠帶機(jī)架上，將鋼絲繩系在兩端拉環(huán)上，每側(cè)繩長不超過25m，鋼絲繩沿膠帶平行方向設(shè)置，每5m加一吊環(huán)。

圖1 急停拉繩開關(guān)安裝示意圖

全廠共有36條皮帶運(yùn)輸機(jī)長度超過30 m，按照規(guī)范的要求，一共需要新增152臺急停拉繩開關(guān)。

3.2.2 急停按鈕

根據(jù)皮帶運(yùn)輸機(jī)安全規(guī)范（GB 14784-2013）4.1.11條款的第i項(xiàng)要求，沿輸送機(jī)人行通道的全長應(yīng)設(shè)置急停拉繩開關(guān)。拉繩開關(guān)的間距不得大于60 m。當(dāng)輸送機(jī)的長度小于30 m時(shí)，允許不設(shè)拉繩開關(guān)而用急停按鈕代替，但從輸送機(jī)長度方向上的任何一點(diǎn)到急停按鈕的距離不得大于10 m。

根據(jù)皮帶的長度，可在皮帶輸送機(jī)的就地操作箱上的增加急停按鈕，也可以根據(jù)需要設(shè)置獨(dú)立的急停按鈕盒，滿足急停按鈕到皮帶機(jī)的距離要求。

3.2.3 跑偏開關(guān)

跑偏開關(guān)的安裝圖如圖2所示，將立棍軸線與膠帶片面相垂直，立棍與膠帶邊緣距離50～100mm，膠帶位于立棍下端1/3處。

圖2 跑偏開關(guān)安裝示意圖

全廠需要對其中的61條皮帶運(yùn)輸機(jī)新增150對跑偏報(bào)警裝置。

3.2.4 打滑開關(guān)

打滑開關(guān)的安裝圖如圖3所示，打滑開關(guān)的感應(yīng)輪與膠帶機(jī)從動(dòng)輪軸螺栓連接，與從動(dòng)輪同步旋轉(zhuǎn)，欠速開關(guān)與感應(yīng)輪最大距離為25mm。

圖3 打滑開關(guān)安裝示意圖

全廠共有12條皮帶運(yùn)輸機(jī)需新增15個(gè)打滑開關(guān)。

3.2.5 皮帶矯直器

皮帶矯直器是一種用于皮帶運(yùn)輸機(jī)防止運(yùn)輸皮帶跑偏的機(jī)電一體化自動(dòng)校正裝置。裝置固定于皮帶運(yùn)輸機(jī)上，運(yùn)輸皮帶要運(yùn)行中跑偏時(shí)，裝置具有自動(dòng)校正的功能。有較高的實(shí)用性及通用性，可以提高工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。技術(shù)特點(diǎn)如下［4］：

（1）中間托輥控制皮帶運(yùn)行方向，兩側(cè)托輥不會(huì)損傷皮帶邊緣。

（2）利用皮帶跑偏趨勢所產(chǎn)生的反作用力進(jìn)行校正，使其達(dá)到重新平衡。

（3）快速隨即校正，同步響應(yīng)，并且不需要?jiǎng)恿?zhí)行元件。

（4）既可上下兩層同時(shí)校正，又可分別單獨(dú)使用。

（5）自平衡，安裝簡單，調(diào)整便捷，性能可靠，使用壽命長。

3.3 信息管理平臺升級改造方案

為建設(shè)高產(chǎn)高效安全的現(xiàn)代化選礦廠，實(shí)現(xiàn)對選廠各工段、供配電系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)等實(shí)施統(tǒng)一操作、集中監(jiān)控分析和統(tǒng)一調(diào)度。在選廠組建安全生產(chǎn)指揮中心，構(gòu)建選礦廠綜合信息管理平臺。

通過建立統(tǒng)一的平臺實(shí)現(xiàn)對選礦廠內(nèi)部各個(gè)層架和部門進(jìn)行統(tǒng)一的生產(chǎn)管理和監(jiān)控，根據(jù)管理需求實(shí)現(xiàn)公司、部門（車間）、工段等的多級管控。系統(tǒng)建成以后，企業(yè)可以根據(jù)管理需求實(shí)時(shí)查看各個(gè)車間的生產(chǎn)情況，實(shí)現(xiàn)“看得見、管得著、抓得住、揪得準(zhǔn)”的管理目標(biāo)。生產(chǎn)管控模塊涵蓋生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)過程、生產(chǎn)績效、安全環(huán)保等各個(gè)環(huán)節(jié)的管理，按照“一組數(shù)據(jù)、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)、一套系統(tǒng)”的原則集中存儲企業(yè)所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對企業(yè)安全數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，全面共享、動(dòng)態(tài)更新、生產(chǎn)過程可視監(jiān)管，上下聯(lián)動(dòng)、安全管理及時(shí)到位，達(dá)到優(yōu)化利用企業(yè)資源，保證生產(chǎn)經(jīng)營安全、高效的目的。

通過平臺集成的企業(yè)內(nèi)部信息化與自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)展示相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)；在統(tǒng)一場景下實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)的集成管理，完成故障預(yù)警、控制指令的下達(dá)；實(shí)現(xiàn)各類生產(chǎn)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)、分析和報(bào)表輸出；系統(tǒng)具備標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)數(shù)據(jù)接口服務(wù)，能夠接入OA、ERP、EAM、WMS、LIMS；支持后續(xù)系統(tǒng)擴(kuò)展，支持跨平臺應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享［5］。

生產(chǎn)過程監(jiān)控以數(shù)據(jù)、報(bào)表、圖形、圖像等形式，在網(wǎng)絡(luò)終端上對生產(chǎn)控制過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用單位主要分布在生產(chǎn)調(diào)度、技術(shù)管理等重要生產(chǎn)管理、生產(chǎn)監(jiān)控崗位，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)控制過程，系統(tǒng)提供形象逼真的動(dòng)態(tài)模擬工藝流程圖、實(shí)時(shí)歷史趨勢圖，管理人員可以及時(shí)地查看生產(chǎn)運(yùn)行的現(xiàn)行狀態(tài)和歷史趨勢，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)異常報(bào)警［1］。

網(wǎng)絡(luò)傳輸該部分是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，也是保障前端網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)圖像能夠安全、高效、準(zhǔn)確傳輸?shù)胶蠖说闹匾h(huán)節(jié)。根據(jù)現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用樹型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，構(gòu)建三層網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4 構(gòu)建選礦廠安全生產(chǎn)指揮中心

為滿足選礦廠安全生產(chǎn)的要求，皮帶運(yùn)輸機(jī)安全設(shè)施及監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的信號采集與控制納入信息管理平臺,并成為構(gòu)建選礦廠安全生產(chǎn)指揮中心重要組成部分。本項(xiàng)目組建選礦廠安全生產(chǎn)指揮中心，通過升級選廠信息管理平臺、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，建成了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)等先進(jìn)技術(shù)手段于一體的智能化“安全生產(chǎn)指揮中心”。該中心的建成，實(shí)現(xiàn)了選廠安全生產(chǎn)指揮中心、信息管理系統(tǒng)、綜合自動(dòng)化控制、視頻監(jiān)控系統(tǒng)為主要功能的智慧一體化安全生產(chǎn)管控平臺。

通過構(gòu)建的智能化的安全生產(chǎn)指揮中心，可監(jiān)測監(jiān)控安全生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)掌握選廠的生產(chǎn)運(yùn)行情況，定時(shí)與不定時(shí)相結(jié)合的方式進(jìn)行選廠安全生產(chǎn)指揮協(xié)調(diào)，統(tǒng)一管理，維護(hù)選廠安全生產(chǎn)正常進(jìn)行。

安全生產(chǎn)指揮中心通過多個(gè)子系統(tǒng)模塊組成，其中就包括了監(jiān)控、圖文管理、視頻等模塊，通過這些模塊的協(xié)調(diào)合作，可把安全生產(chǎn)中的信息通過多個(gè)圖像，以多個(gè)角度的形式進(jìn)行展示。同時(shí)，通過公司級別的一覽圖，在該圖中可以了解到生產(chǎn)單位的一些安全生產(chǎn)狀態(tài)，其中就包括了生產(chǎn)狀態(tài)、人員定位、報(bào)表查詢等信息資料。

5 結(jié)語

通過對皮帶運(yùn)輸機(jī)安全設(shè)施升級改造以及完善監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了皮帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，有效保障了設(shè)備運(yùn)行安全及人員安全。同時(shí)可采集選礦廠主要設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)工況、工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)送到安全生產(chǎn)指揮中心，根據(jù)選礦廠生產(chǎn)狀況及工藝要求對生產(chǎn)流程及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控和操作，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的高效率運(yùn)行。