煤礦井下膠帶輸送機大塊物自動檢測預警裝置

王向陽

(潞安集團 潞安新疆煤化工集團有限公司，新疆 哈密 839000)

在煤礦井下經常有大塊炭塊、矸石從工作面運出，在膠帶輸送機轉載處或溜煤眼發生堆煤和棚口故障，輕則導致短時的停機，嚴重時，需要多人清理堆煤和處理棚口故障，費事費力，影響礦井正常生產。特別是發生在下運膠帶時，一旦膠帶輸送機停止運行，大塊物會由于慣性繼續向下滾動，給礦井安全帶來巨大隱患。為杜絕這類事故發生，及時檢測輸送機上的大塊物并清理出去就顯得很有必要。傳統方式都是依靠加強司機和檢修工的責任心，當發現膠帶上有大型異物時，及時進行停機處理。如果司機或檢修工沒有及時發現，就可能會造成事故。因此，完全依靠人工不太可靠，一方面增加了工人的工作負擔，另一方面不可避免地總有零星事故發生。

鑒于此，設計一種煤礦井下膠帶輸送機大塊物自動檢測預警裝置勢在必行。

1 設計目標及方案

1.1 設計目標

為了解決傳統技術中完全依賴人工檢查的不足，我們設計一種能夠自動檢測大塊物的裝置，當檢測到有大塊物的時候，系統會自動發出警報提醒膠帶輸送機司機注意。

1.2 設計方案

膠帶輸送機大塊物自動檢測預警裝置結構示意圖如圖1(a)所示，其實現大塊物自動檢測方案共分為三步：

第一步，異物高度檢測。通過在膠帶輸送機機架上裝設1個龍門架，固定在膠帶輸送機某一膠帶機架上端，龍門架上包括與膠帶機架兩側固定的支撐板及連接兩側支撐板的轉動軸；轉動軸一端設置一旋鈕電位器，旋鈕電位器的本體固定于龍門架的支撐板上，旋轉部分固定于轉動軸上并可以隨軸轉動；旋鈕電位器均連接至PLC-300邏輯控制器，根據電位器旋轉角度進行數據傳輸；PLC-300邏輯控制器通過接收到的數據計算膠帶上傳送的異物高度，高度超出規格后控制連接的警報器發出警報信號。

第二步，異物寬度檢測：轉動軸上排列布置5塊獨立鐵板，每一鐵板獨立地相對轉動軸轉動，同時對應每一鐵板，在轉動軸上設置相應數量的逆止齒，以使鐵板主動轉動時轉動軸從動轉動，而轉動軸主動轉動時鐵板不轉動，如圖1(b)所示。每一鐵板上設置一接近開關的第一感應端，所轉動軸正下方設置固定軸，在固定軸對應位置設置正對第一感應端的第二感應端；每一鐵板上設置的接近開關均連接至PLC-300邏輯控制器，根據鐵板上接近開關動作的數量數據，PLC-300邏輯控制器通過接收到的數據計算膠帶上輸送的異物寬度，寬度超出規格后控制連接的警報器發出警報信號。

第三步，異物長度檢測；測試鐵板側邊設置一接近開關的第一感應端，龍門架上正對第一感應端的位置固定設置第二感應端,其動作如圖1(d)所示。設置的接近開關連接至PLC-300邏輯控制器，PLC-300邏輯控制器根據接近開關動作時間及膠帶速度計算膠帶上輸送的異物長度，長度超出規格后控制連接的警報器發出警報信號。

同時為了確保檢測異物的可靠性，在龍門架的膠帶小架沿膠帶運輸方向前端設置一攝像頭，鏡頭朝向膠帶方向進行拍攝。當有大塊物出來時，發出報警同時拍攝照片傳輸給膠帶司機進一步確認大塊異物。

PLC-300邏輯控制器根據檢測到大塊物的不同尺寸，發出不同的聲光報警信號，提醒司機注意。與此同時，追蹤攝像頭將拍攝到的畫面傳送至工作人員，提醒工作人員注意。系統檢測到大型異物后，PLC控制器可根據膠帶實時運行速度連續不斷地向工作人員提示大塊異物到達膠帶輸送機頭的距離，工作人員可根據實際情況進行處理。

圖1 膠帶輸送機大塊物自動檢測預警裝置結構及控制原理示意

2 工作原理

通過螺栓連接的方式，將龍門架1的支撐板11和膠帶輸送機的機架固定連接，架設在膠帶輸送機機架上端。將兩個支撐板11通過螺栓垂直固定在膠帶輸送機機架上，兩個支撐板11頂端通過一轉動軸12連接，轉動軸12可相對支撐板11轉動，同時，轉動軸12軸上有5處逆止齒，軸上有5塊獨立的鐵板2，逆止齒的作用是當轉動軸12轉動時鐵板2不轉動，鐵板2轉動時帶動軸12轉動。

龍門架1的左側設置一旋鈕電位器4，旋鈕電位器4的旋轉部分設置于轉動軸12上并隨轉動軸12轉動，當轉動軸轉動時，電位器電阻發生大小變化，電阻信號向PLC-300邏輯控制器發送信號，PLC-300邏輯控制器通過計算可轉換為鐵板2離開膠帶的高度，通過三角換算，可計算得到大塊物的高度。

如圖1(c)所示，5塊鐵板上還安裝有5個接近開關8，接近開關8另一半安裝在龍門架的轉動軸12下面設置的一固定軸13上，以此用來檢測大塊物的寬度。當膠帶上傳輸物料中存在大塊物時，輸送至鐵板位置時，會帶動鐵板2向輸送方向轉動，此時發生轉動的鐵板2上設置的接近開關3的第一感應端31和設置于固定軸13上的第二感應端32的相對位置發生變化，對應的接近開關3向PLC-300邏輯控制器5發送信號。PLC-300邏輯控制器5通過識別接近開關3發送的信號，確定轉動的鐵板2的數量，從而可確定發生轉動的鐵板2的數量，進一步通過統計轉動的鐵板2的數量即可大體確定大塊物的寬度。如圖1(c)所示，左側顯示為正常情況的狀態，右側顯示為被異物碰撞后。編號為①②③的接近開關被異物碰撞，PLC-300邏輯控制器通過運算，可以計算出異物的寬度。

轉動軸12最右端邊緣設置一接近開關3的第一感應端31，在第一感應端31正對的右側支撐板11上設置第二感應端，接近開關3也連接到PLC-300邏輯控制器5，當有大塊物出來時，無論哪一塊獨立鐵板動作，轉動軸12轉動，接近開關向其發送信號，PLC-300邏輯控制器5利用接近開關3斷開-閉合時間，結合膠帶運行速度，計算出大塊物的長度。

至此，大塊物的長、寬、高就能通過系列數據傳給PLC-300邏輯控制器5計算得出，同時通過PLC-300邏輯控制器5，比較實時運行于膠帶上的大塊物的尺寸與預設最大物塊尺寸，若實時運行于膠帶上的大塊物的的長寬高中至少一項超出設定的閾值時，PLC-300邏輯控制器5控制的J1繼電器動作，接通警報器工作電源使其發出警報信號，提醒工作人員及時進行清理。同時，PLC-300邏輯控制器5控制的J2繼電器動作，接通追蹤攝像頭6工作電源，在控制警報器進行警報的同時，使追蹤攝像頭6對大塊物進行拍攝，讓司機對大型異物進行進一步確認。其中追蹤攝像頭采用山西科達自控生產的KBA12-C礦用本質安全型除塵攝像儀。SM321為數字量輸入模塊，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5為測試鐵板上接近開關，SQ6為轉動軸12右端邊緣上的接近開關，SM322為數字量輸出開關，J1為控制報警裝置，J2為控制攝像頭，SM331為模擬量輸入模塊，電位器4的信號輸入?？刂圃砣鐖D2所示。

圖2 PLC控制原理圖

PLC-300邏輯控制器5還可根據鐵板距離追蹤攝像頭6的距離和膠帶運行的速度，確定追蹤攝像頭6進行拍攝的時間。追蹤攝像頭6將拍攝結果同時傳輸至工作人員確認，排除其他如煤堆積等造成的假象。如果確實存在大型異物，可根據膠帶速度向工作人員連續不斷地提示大塊異物到達膠帶輸送機頭的距離，以使工作人員根據實際情況進行處理。

為了更準確地檢測大塊物的形狀，同時也為避免檢測大塊物鐵板遭受大塊物的沖擊而損壞，在每塊鐵板上安裝配重，可以使鐵板輕松自由轉動，避免因鐵板自重在發生沖擊時損壞。

3 結 語

煤礦井下膠帶輸送機大塊物自動檢測預警裝置，通過接近開關、旋轉按鈕和可編程控制器PLC，通過邏輯運算，計算出大塊物的體積，再根據膠帶運行速度計算到達各膠帶輸送機頭的時間，提醒操作人員注意，為了避免錯誤，利用攝像頭進一步確認，降低了裝置的錯誤率，提高了裝置的可靠性。