帶式輸送機運行綜合監(jiān)控系統(tǒng)研究

梁冠群

（山西汾西瑞泰正中煤業(yè)有限公司，山西 靈石 031300）

引言

確保帶式輸送機高效運行對礦井效益具有重要意義[1-2]。但是受到井下環(huán)境惡劣、帶式輸送機負載帶以及運輸距離長等因素影響，輸送機工作期間會出現跑偏、打滑、溫度異常以及劇烈振動等故障情況，從而制約煤炭運輸安全[3-5]。因此，有必要監(jiān)測帶式輸送機運行，實現帶式輸送機故障預警及排除。文章針對帶式輸送機運行過程中常見問題，從監(jiān)控方案、變頻器以及通信環(huán)網系統(tǒng)等方面對提出的綜合監(jiān)控系統(tǒng)進行分析，以期提升帶式輸送機運行保障能力。

1 帶式輸送機運行綜合監(jiān)控系統(tǒng)結構

監(jiān)控系統(tǒng)主要用以對帶式輸送機運行狀態(tài)監(jiān)測并對故障進行預警，確保帶式輸送機可靠運行[6-7]。結合現有帶式輸送機監(jiān)控系統(tǒng)特點，文中提出的綜合監(jiān)控系統(tǒng)結構包括設備層、控制層、管理層等構成，具體結構見圖1。

圖1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)結構

設備層設備包括傳感器及相關執(zhí)行設備，主要用以對故障點參數以及帶式輸送機各部件運行參數監(jiān)測，并及時上傳帶式輸送機運行過程中監(jiān)測獲取到的溫度升高、跑偏、打滑、劇烈振動等信號；控制層是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心處理中心，設備包括監(jiān)控分站、PLC 主站、防爆箱等，主要功能包括監(jiān)測信號分析處理、邏輯運算、現場數據顯示、故障保護等；管理層包括上位機及內嵌控制軟件，用以管理整個監(jiān)控系統(tǒng)運行并依據監(jiān)測結果發(fā)出控制指令，顯示各個監(jiān)測設備監(jiān)測參數并存儲監(jiān)測數據。通過監(jiān)控系統(tǒng)各個組成環(huán)節(jié)相互配合，可實現對帶式輸送機運行的綜合監(jiān)控。

2 綜合監(jiān)測系統(tǒng)功能

2.1 跑偏保護功能

煤礦井下帶式輸送機運行距離長，在運輸過程中某一時間段受到離心力作用時即會導致輸送帶偏移出運輸中線，導致輸送帶發(fā)生跑偏。引起輸送帶跑偏故障因素眾多，歸結起來主要有以下幾點：

1）輸送機滾筒（驅動、轉向等）運行過程中出現位移偏差；

2）輸送帶在運行期間受到運輸物料的較大沖擊，在沖擊偏移力作用下導致輸送帶跑偏；

3）皮帶輸送機安裝精度偏低，安裝位置出現較大偏差；

4）輸送機皮帶或者滾筒上黏附有大量異物、托輥掉落等。

輸送機出現跑偏不僅會影響輸送皮帶使用壽命，增加運送物料灑落量，而且嚴重時會導致運輸事故發(fā)生。因此，在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中設計跑偏保護裝置，當發(fā)現輸送帶跑偏嚴重時會發(fā)出預警信號并停止運行帶式輸送機，以便降低跑偏對帶式輸送機運輸的影響。

2.2 輸送帶打滑保護功能

帶式輸送機長時間、重載荷工作期間，受到外界環(huán)境因素、輸送帶磨損以及滾筒表層磨損等因素影響，輸送帶與滾筒間摩擦會有所降低，當輸送帶受到的張緊力較小時容易導致輸送帶與滾筒間出現打滑問題。輸送機出現打滑不僅會增加輸送帶及滾筒磨耗，而且導致局部問題顯著增加，甚至出現引燃附近煤炭、瓦斯爆炸等事故。因此，在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中對打滑故障進行監(jiān)控，具體通過速度傳感器監(jiān)測輸送帶與滾筒速度，當發(fā)現輸送機出現打滑現象時，監(jiān)控系統(tǒng)會報警并停止運行帶式輸送機。

3 帶式輸送機綜合監(jiān)控系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)結構設計

綜合監(jiān)控系統(tǒng)充分利用井下帶式輸送機現有的監(jiān)控設備，在原有的帶式輸送機控制系統(tǒng)中增設監(jiān)控上位機、PLC 控制主站、網絡交換機等設備，并利用已有的工業(yè)以太網連接PLC 控制器、地面調度中心。在PLC 控制主站下布置3 個監(jiān)測分站（分別為1號集控分站、2 號煤倉頂分站及3 號井底防爆箱分站），監(jiān)測分站用以數據處理、傳輸以及帶式輸送機運行控制，具體硬件組成如圖2 所示。

圖2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成

在帶式輸送機兩側位置安裝溫度、速度、跑偏等各類傳感器，具體傳感器類型為：跑偏傳感器GEJ25-40、速度傳感器GSC-200/1000、串聯(lián)式觸點開關KHJ24、溫度傳感器GW50A（G）等，可實現帶式輸送機運行綜合監(jiān)控。

上位機、PLC 用以太網連接，PLC 主站與分站間采用Profinet 通信，從而提高通信效率。

3.2 通信網絡

在帶式輸送機綜合監(jiān)控系統(tǒng)中布置一個PLC主站、3 個監(jiān)測分站，主站與分站間采用Profinet 通信。為確保通信系統(tǒng)可靠運行，在監(jiān)控系統(tǒng)各個設備間布置兩光兩電交換機，通過光電相互轉換實現冗余通信網絡，具體通信系統(tǒng)結構見圖3 所示。在通信環(huán)網系統(tǒng)中，主站先與百兆交換機連接，之后再與千兆交換機連接，最后將監(jiān)測信號傳輸給調度中心，從而實現PLC 主站與監(jiān)控中心間正常信息通信。

圖3 通信系統(tǒng)結構

4 現場應用效果分析

將綜合監(jiān)測系統(tǒng)應用到山西某礦主斜井帶式輸送機運行監(jiān)測中，該斜井采用的帶式輸送機型號為TD75 型、輸送帶寬度1 400 mm、額定運行速度3.6 m/min，運輸長度1 206 m。將綜合監(jiān)控系統(tǒng)融合到帶式輸送機原有監(jiān)控系統(tǒng)后，經過為期5 個月調試，可實現綜合監(jiān)控系統(tǒng)可靠運行。

綜合監(jiān)控可始終保持平穩(wěn)運行，可對輸送機運行過程中出現的打滑、跑偏、劇烈振動等故障信息進行檢查并及時預警，當故障達到一定程度后即自動緊急停止帶式輸送機運行。現場應用發(fā)現，在綜合監(jiān)控系統(tǒng)應用區(qū)間，帶式輸送機故障發(fā)生率降幅達到60%，輸送機故障維修耗時縮短70%以上，預計每年可降低輸送機故障維護以及設備更換費用約2.5 萬元。在斜井帶式輸送機上使用的綜合監(jiān)控系統(tǒng)取得較好的應用效果，并獲得現場人員一致好評，建議將該綜合監(jiān)控系統(tǒng)推廣應用到礦井其他帶式輸送機上。

5 結語

對現階段礦井帶式輸送機使用過程中常見問題進行分析，并對帶式輸送機運行綜合監(jiān)測系統(tǒng)展開研究。主要對綜合監(jiān)控系統(tǒng)結構方案、通信系統(tǒng)進行分析并將文中所提綜合監(jiān)測系統(tǒng)在山西某礦主斜井TD75 帶式輸送機上進行工業(yè)應用。現場應用表明，文中所提綜合監(jiān)控系統(tǒng)運行平穩(wěn)，可增強帶式輸送機故障排查能力以及預警能力，大幅降低帶式輸送機故障發(fā)生率及后續(xù)維修耗時，預計可節(jié)省主斜井帶式輸送機維修費用約2.5 萬元/年。現場應用效果獲得現場人員的一致好評，文中所提帶式輸送機綜合監(jiān)測系統(tǒng)具有一定的推廣價值。