关键词：煤矿；带式输送机；运输监控系统；设计
引言
由于井下环境的相对恶劣及带式输送机自身存在的问题，导致其在运行过程中时常出现打滑、跑偏、振动剧烈、温度过高等不同类型的故障现象，严重影响着设备的正常运行及人员的作业安全[1]。因此，有必要在带式输送机上设计监控系统，以此实现对设备运行状态的实时监控及故障排除。通过重点分析带式输送机运行中出现的故障问题，从系统的总体系统方案、变频器、环网系统等方面，开展了带式输送机运输监控系统的设计研究，并将该监控系统进行了应用测试，由此，验证了该系统的稳定性及可靠性。这为提高带式输送机的运行安全提供了有效保障。
1带式输送机运输系统组成分析
结合现有带式输送机中监控系统结构特点，其监控系统一般由管理层、控制层、设备层等组成。其中，管理层中主要包括组态软件及上机位，负责整套监控系统进行实时监控，并根据设备的运行状态，下达相关控制命令，显示设备实际运行状态及对各类数据的存储更新。控制层则包括PLC主站、分站、防爆箱，是整套系统的处理中心，主要负责对信号的逻辑运算、信号分析、故障保护、现场数据显示保护等功能；设备层则包括各类传感器及相关执行设备，主要对系统的运行动作、故障点进行参数的采集及状态反应，并输送机运行中出现的打滑、跑偏、温度升高、振动剧烈等信号进行及时上传。由此，通过各个环节的相互配合，基本组成了带式输送机运输监控系统。
2运输监控系统所需具备功能设计
2.1跑偏保护功能
输送机在运行过程中，由于某一段时间收到各个方向的离心力作用，导致皮带偏心轴线而出现了脱离运输及轨道中心线，进而出现了跑偏现象。而导致输送机出现该故障的主要因素包括：①皮带滚筒运行时出现了位置偏移现象；②皮带运输过程中由于受到来自煤炭不同大小的冲击力作用；③皮带安装时的相对位置出现了偏差，未严格控制在正常运行部位。输送机一旦出现了跑偏现象，将会导致设备的严重损害，缩短皮带的使用寿命，最终引起人员的伤亡。故在运输监控系统中设计了跑偏保护装置，当皮带出现跑偏现象时，监控系统将会及时发出相应的报警及停机信号，以实现对设备的有效保护。
2.2急停保护功能
由于井下环境的相对恶劣，加上皮带及其他部件的长期运行，很大程度上会出现皮带的磨损严重或开裂、部件的非正常运行，设备长时间的运转下，故障发生点无法准备预估。针对此无法预知的故障，在运输监控系统设计中，增加了急停保护功能，主要是安装了串联式触点开关，一旦设备上的某个部分发生故障问题，将通过此控制设备，实现对设备的紧急停机，实现第一时间的中断故障操作，有效实现对设备及人员的有效保护。
2.3打滑保护功能
设备中的皮带在长时间的运转过程中，由于外界因素的影响，加上皮带自身的材料质量相对较差，导致皮带与滚筒之间的摩擦力逐渐减小，出现了相对滑动现象，最终出现了皮带的打滑现象。皮带的打滑，不仅会增加皮带的磨损程度，也会使结构出现局部升温现象，并产生火花，极容易引起井下瓦斯爆炸等故障现象。故在运输监控系统设计中，需对皮带的打滑故障进行保护，在皮带或滚筒相应位置安装速度传感器，当出现打滑现象，监控系统发生相应的故障报警信号，以此实现对皮带打滑现象的实时检测。
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3运输监控系统方案设计
3.1总体方案
结合带式输送机的结构特点，对其运输监控系统进行了总体设计。在整个监控系统中，在现有的带式输送机控制中心设置了监控上机位、网络交换机、PLC控制主站等设备，可通过以太网实现与地面各分站点调度中心及PLC控制器的有效连接。PLC控制主站下面设置了三个控制分站，包括1#集控室分站、2#煤仓顶分站、3#井底防爆箱分站等，分别起到数据处理及传输、对煤仓顶实时监测、控制输送机机尾设备等功能。另外，PLC控制器与上机位之间的通讯则主要采用了以太网方式进行连接，而PLC主站与分站之间则采用了Profinet的以太网总线电缆进行通讯，针对较远距离时，采用了光缆进行通讯连接，以增强结构的抗干扰性及通讯效果[2]。
3.2变频器
变频器是整个运输监控系统中的重点部件。结合市场上成熟的变频器产品，选用了西门子的SKI780变频器。该变频器具有变频范围广、可靠性强、灵敏度高等特点，并能有效与外部的以太网、电缆及光缆进行快速对接及通讯。同时，该设备在与PLC进行连接时，PLC中的模拟输出量信号通过A/D模块转换后，以2~20mA的电流形式，将输出信号输入至变频器中的模拟量输入端子中，以此实现对变频器输出电源频率的控制。另外，该变频器内部设计了可编程逻辑控制功能，可通过自动或手动形式进行工作方式的相互切换，操作较为简单[3]。
3.3环网系统
在整个运输监控系统中，由于设置了一个主站及三个分站，且主站及分站之间主要通过以太网方式进行通信连接。故在系统设计时，在各个设备之间设置了两光两电的交换机设备，通过光电的相互转换，在设备之间形成了一个冗余的通讯环网。该环网中，主站上的交换机与百兆交换机进行连接交换，之后再与矿井信息平台上的千兆交换机进行连接交换，最终将交换后的数据信号输送至调度室中，以此实现对PLC控制器与监控中心的通信连接。当带式输送机中的某个部件出现故障而无法正常使用时，可通过在该环网系统来保证相关部件的正常通信使用。
4现场应用效果
综上分析，完成了带式输送机运输监控系统的设计。为进一步验证该系统的实际运行效果，将其在QD80型带式输送机上进行了应用测试，主要是将该监控系统嵌入至该输送机中，并完成与该输送机中运输系统的兼容调试，由此，开展了将近6个月的现场应用测试。最终测试结果表明：该运输监控系统整体运行稳定、可靠，各项功能运行正常，能及时对带式输送机运转中出现的皮带跑偏、皮带打滑、设备振动剧烈等故障信息进行准确抓取及故障报警，当故障等级达到一定程度时，也可通过急停开关进行系统的急停控制操作。据现场统计，该系统运行期间，使带式输送机的故障发生率降低了60%，故障检修时间缩短了将近70%，按1年估算，可为企业节约将近2万元/台的费用支出。此应用结果得到了现场人员的一致好评，建议将该监控系统进行推广应用[4]。
5结论
结合现有带式输机使用中存在的主要故障问题，开展了带式输送机运输监控系统的设计研究，主要对该系统中的总体系统方案、变频器、环网系统等方面进行重点分析，最终将该监控系统进行了现场应用测试，结果表明：该监控系统运行正常，能准确、及时的将带式输送机的现场运行状态进行实时监控及故障反应控制，得到操作人员的一致好评，据估算，可为大大降低带式输送机的故障发生率及故障检修时间，并为企业节约2万元/台的费用支出，可将该监控系统进行推广应用。此研究不仅提高了带式输送机的运行安全，也为后期监控系统的进一步推广应用提供了参考。
参考文献：
[1]高胜.煤矿井下皮带输送机PLC控制实践研究[J].江西化工,2019（05）:144-146.
[2]辛伟.分布式光纤测温系统在煤矿皮带运输机上的应用[J].内蒙古煤炭经济,2019（18）:203+205.
[3]刘一非.煤矿皮带运输中自动化控制技术的应用分析[J].石化技术,2019,26（09）:323-324.
[4]郭宁.煤矿皮带运输机PLC控制系统的设计与实现[J].电子技术与软件工程,2019（12）:137.
论文作者:武媛媛
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年4期
论文发表时间:2020/4/22
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