基于PLC技术的皮带机监测保护系统设计与应用

韩晨光

(山西焦煤集团有限责任公司东曲煤矿，山西 太原 030200)

0 引 言

皮带机属于一种非常重要的煤矿生产运输设备，皮带机人工操作简单，自动化程度较高，应用范围非常广泛。但是，在煤矿井下作业过程中，皮带机所面临的工作条件复杂，井下作业环境恶劣，实际运行中要求设置许多检测点，日常维护工作量大，而且实际检测精度要求较高，人工方式检验或仅靠经验对故障进行排查会导致检测工作出现纰漏，尤其对于长距离的运输设备人工检测存在较大困难，皮带机在实际运行过程中出现事故造成的损失都比较大。

笔者根据实际需求开发适应于煤矿企业皮带监测及保护系统，全方位对皮带运行情况加以监测与保护，是降低皮带机安全事故、保护作业人员人身与财产安全的重要途径。

1 皮带机常见故障及影响

1.1 皮带打滑

皮带输送设备运转的主要动力来源为皮带和滚筒部件间所产生的摩擦力作用。在皮带输送设备实际运转中，若是出现打滑问题，会导致皮带输送设备运行不正常，进一步导致皮带发生断裂或者由于滚筒部件温度升高发生火灾事故[1]。

1.2 皮带撕裂

皮带输送设备尾部位置的皮带较易出现撕裂，引起撕裂的主要因素是由于此位置存在物料下落工序，若物料颗粒有突起或有棱角，极易扎破皮带。随后很多物料颗粒便会由破损部位下落至架子结构或者是托辊部件之上，使皮带受到一定压力以及划擦作用，长期作用下会加深皮带划擦痕迹，使皮带撕裂。

1.3 皮带跑偏

皮带跑偏一般是物料输送过程中，由于给料时方位不正或者是皮带老化等，导致皮带运转中心线未处于中间位置，出现了一定偏移。目前，不少的皮带输送设备自身带有防跑偏装置，即便如此，在其运行阶段，依旧会受到各种外界因素影响出现跑偏事故。当出现跑偏问题时，将使皮带和机架间产生较大摩擦，皮带破损，也极易导致皮带出现撕裂问题[2]。

1.4 火灾事故

皮带输送设备之所以会发生火灾事故，主要受到三方面原因影响：①滚筒部件出现打滑；②托辊部件超出限定范围；③存在外界火源等，出现上述问题，会导致滚筒部件温度显著升高，最终导致皮带发生火灾[3]。

1.5 堆料问题

物料输送时，因受到木料或者是其他杂物的堵塞影响，使皮带运输设备的头部位置出现堆料问题。若是堆料严重，可能会使皮带撕裂。所以，必须采取措施有效防止堆料问题发生。

2 基于PLC技术的皮带机状态监测系统构建

2.1 基于PLC技术的皮带机装填监测系统结构

基于PLC技术的皮带机装填监测系统结构示意图如图1所示。利用本安摄像设备，收集输送设备尾部位置以及头部位置实时图像信息，利用交换机装置将相关信息输送到监控计算机设备中。温度、带速以及张力等传感装置利用系统中设置的智能仪表将所采集的信息转变为数字量信号，通过PLC装置中的接口输送至PLC中。电子秤是利用总线将所采集信息输送至PLC装置中。转速、振动等感应装置所采集的数据信息则是利用输入模块输送至PLC装置中。PLC装置收到所采集的各种信息后，把相应的信号信息借助于通信模块以及交换机装置等输送到监控计算机设备中[4]。此时，这些信息便能够在显示设备中显示出来，同时还能获得相应的历史数据曲线以及趋势变化曲线，可以针对特定信息生成报表。如果设备某位置出现故障，设计此时监控计算机设备显示屏上便会出现报警窗口，而且也会及时发出警报信息。

图1 基于PLC技术的皮带机装填监测系统结构示意图

2.2 主要传感装置设计

2.2.1转速、带速传感装置布设

转速、带速传感装置布设示意图如图2所示。

图2 转速、带速传感装置布设示意图

若想确保准确的判断打滑故障，必须采集滚筒线速度信息，应当在驱动滚筒的主轴之上设置相应的转速传感装置。在距驱动滚筒部件远距离位置，改向滚筒同样能够反映出皮带具体运行情况，因此，在此位置同样设置转速传感装置。由于皮带输送设备发生上皮带断带事故概率较大，因此，将带速传感装置较多的布设在上皮带位置，在下皮带位置驱动滚筒处同样设置带速传感装置，此装置主要作用是为能够提供一定的参考信息。设置的带速传感装置如果不断增多，对于皮带故障判断也会更为精准，但是，此时进行布线及维护便存在较大困难，而且也导致成本增多，因此，此次设计的带速传感装置只有三个[5]。

2.2.2纵向撕裂开关的布设

纵向撕裂开关选择中，采用型号为KPJ1A型开关，此开关装置能够应用在一些甲烷气体以及煤尘等易爆物质中。由于当撕裂问题很多时候出现在一些物料下落位置处，所以，设置KPJ1A型开关装置应安装于落料口位置处。

2.2.3跑偏开关的布设

将跑偏开关装置设置在头部位置及尾部位置的两侧，确保跑偏开关和皮带输送设备中皮带存在相应距离，另外要求所安装的跑偏开关装置中摆角设定限值需要超过二级跑偏限值，能够保障皮带输送设备在发生二级跑偏问题情况下依旧可运转。跑偏开关的布设示意图如图3所示。

图3 跑偏开关的布设示意图

2.2.4烟雾开关的布设

要想防止炮烟影响烟雾开关装置，安装烟雾开关装置时要确保开关应当避开炮烟所经过范围。设置于皮带输送设备下风口位置并且保证烟雾开关装置间隔距离在50～100 m范围，设置时要求应当尽可能避免设置在煤尘浓度较大区域，尽可能避免设置在转载机设备附近[6]。

2.2.5堆煤开关的布设

堆煤开关应当选用本质安全型开关，将其悬吊在物料下落位置，将金属材质的杆体或者链条悬挂于堆煤开关电极上，确保所悬挂或金属材质链条保持垂直，具体的长度依据实际情况适宜调整，然后利用导线把装置的外壳结构接地处理[7]。

2.2.6急停开关的布设

急停开关装置选用同样为本质安全型，此开关装置能够应用在一些存在甲烷气体以及煤尘等易爆物质中。所设置的急停开关装置沿着皮带长度方向上间隔特定的距离进行特定布设，在操作人员日常维护检查中，若是出现了一些紧急状况，则能够操作急停开关装置，确保皮带运输设备能够完成急停操作。

3 具体应用效果

东曲煤矿应用皮带机监测以及保护系统后，皮带机大量巡检工作通过PLC自动化监测系统完成，使皮带机自动化运行程度进一步得到提升，实现了对皮带机设备的远程监测，保障了皮带机设备事故概率得以最大程度减小[8]。东曲煤矿在应用监测系统之前，皮带机设备平均每月故障问题而导致停产时间达到3 h左右，应用了皮带机监测保护系统后，至今还未发生过安全事故，确保实现事前监测的目标一旦出现安全隐患及时采取有效措施加以预防，为煤矿企业安全生产提供了可靠的保障。

4 结 语

东曲煤矿应用皮带机监测以及保护系统推动了企业由粗放型管理逐步向集约型管理发展，这对企业生产效率进一步提升发挥作用。当皮带机设备出现问题时，皮带机监测以及保护系统能够更为精准的找出故障具体位置，不仅有效减轻了维护人员劳动强度，有效的改善了巡检维护人员的作业环境，为皮带输送设备的安全运行做出了重要贡献。