矿用带式输送机皮带断带控制系统设计

董 文

（山西焦煤霍州谭坪煤电有限责任公司，山西临汾 031400）

0 引言

带式输送机是煤矿中的重要设备，主要负责煤矿的运输作业，保证其具有较好的整机性能，对提高煤矿的输送效率具有重要作用。皮带作为带式输送机上的重要部件，在其工作中，经常因煤矿输送量超载、煤石的刮伤、自身结构的运行疲劳等因素而发生较大的异常振动或皮带断裂等故障，影响着带式输送机的输送效率和作业安全[1-4]。因此，有必要对皮带的运行状况进行实时检测，建立一套控制系统。本文结合工程实际，分析了带式输送机皮带失效捕捉器的结构组成，针对带式输送机皮带的故障失效问题，从硬件系统及软件系统等方面，开展了捕捉器控制系统的设计研究，设计了一套响应速度快、控制精度高、运行稳定可靠的捕捉器控制系统，并将其在长城煤矿进行了现场应用测试。结果表明，该系统功能运行正常，具有一定的可行性。该研究对提高带式输送机的工作效率及作业安全性具有重要意义。

1 捕捉器结构组成

目前，市场上的带式输送机种类较多，但其结构基本都由皮带、机架、主动滚筒、尾架、清扫装置、电动机等部件组成，其中，输送机中的皮带起到了承载运输物体及对物体进行牵引移动作用，具有较好的结构强度及弹性，但在运行过程中，也是最容易发生故障的部件[5-6]。因此，在带式输送机上安装了一套捕捉器控制系统。捕捉器是控制系统的硬件部分，其结构主要包括支撑臂、液压缸、上/下闸块、支柱、托辊等部件，具体结构简图如图1所示。皮带正常工作过程中，该装置的上下闸块不与皮带进行接触，距离约10 mm；当皮带发生较大的异常振动或断带时，捕捉器上的控制系统对皮带的故障进行实时检测，向捕捉器上的活塞杆发出执行命令，推动上下闸块向皮带进行压紧操作。通过电气控制和机械控制两种方式，实现对断裂皮带的下滑控制，有效避免了因皮带断带而造成的相关事故[7-8]。

图1 捕捉器结构组成简图

2 控制系统硬件系统设计

带式输送机捕捉器控制系统主要由传感器、采集卡、CPU控制中心、软件开发平台及显示界面等部分组成，下面就该系统中主要部分进行设计分析。

2.1 数据采集卡的匹配设计

数据采集卡是控制系统中重要的部件，主要负责对捕捉器上速度传感器检测的数据信号进行检测，并传输至上机位控制中心进行数据转换和处理。目前，数据采集卡中大多采用了USB高速数据采集卡进行信号采集，能将简单的数据记录到OEM系统中，是较为理想、快捷的数据采集方式。因此，结合控制系统的输入特点，选用了USB2828数据采集卡，其部件的主要性能参数如表1所示。该采集卡具有采集精度高、数据传输速度快、操作方便等特点，能与多种数据接口进行快捷连接，在控制系统领域应用得较为广泛，其实物图如图2所示。

表1 USB2828数据采集卡主要性能参数

图2 USB2828采集卡实物图

2.2 速度传感器的匹配设计

由于该捕捉器控制系统主要对带式输送机中皮带的运行速度进行诊断检测，因此，需在系统中匹配一个速度传感器设备。根据市场调研，选用了GSH型速度传感器。该传感器主要由速度控制器、测速轮、信号传输线及外壳等组成，主要安装在带式输送机机架上的10个位置，将测速轮与皮带进行接触，以此来对皮带上10个位置的运行速度进行检测。整套设备具有较好的防爆性和较高的防护等级，属于本质安全型，广泛应用于在煤矿其他设备上。该传感器的主要性能参数如表2所示。

表2 GSH型速度传感器主要性能参数

3 控制软件系统设计

3.1 控制原理

带式输送机捕捉器控制系统的基本原理为：在捕捉器上安装多个速度传感器，用于对皮带上多个点的速度检测，通过CAN通讯，将采集的速度信号传输至CPU控制中心，在控制中心内部将检测的信号信息进行转换后，并与设置的信号值进行对比，当实际信息值大于系统设置值时，控制系统则将发出两路执行命令，一路为直接对输送机的驱动电机进行断电控制，另一路则对带式输送机中液压系统进行控制；同时，控制中心还会将判断信号传输至主控界面，将皮带的运行数据在显示界面中进行实时显示，并发出相应的报警提示，由此完成对皮带运行状况的捕捉监控。

3.2 控制软件的基本设计

捕捉器控制软件作为控制系统的重要部分，其系统主要由用户界面部分（面板、菜单、图表等）、数据采集部分（数据采集卡、驱动程序等）、数据分析部分（信号转换、数据统计、曲线拟合等），其结构框架如图3所示。在该软件系统中，软件开发平台选择了LavWindows/CVI平台，通过该软件开发平台，可将源代码文件、头文件等文件进行合成调试，最终生成控制系统能识别的执行文件；同时，该开发平台采用了回调函数与驱动函数相结合的方式进行编辑，具有简单易学的特点。

图3 软件系统结构组成框架图

3.3 控制界面设计

采用组态软件，对捕捉器控制系统的上机位控制界面设计了设计。该界面能对控制系统的供电电压、系统压力、滚筒转速、捕捉器运行状况等内容进行实时显示，并能对皮带上多个点的运行速度进行实时检测。当控制系统检测到皮带出现断裂或运行异常现象时，指示灯则将由绿色变为红色并进行闪烁，发出相应的报警提示，以此来方便操作人员对皮带的运行状态进行实时把控，以便快速采取相关处理措施，捕捉器控制系统的控制界面如图4所示。

图4 捕捉器测控系统控制界面图

4 控制系统应用效果分析

为进一步验证所建立的捕捉器控制系统各项功能特点，将其在长城煤矿进行了现场应用测试。在系统测试过程中，该控制系统运行稳定、可靠，能将带式输送机皮带的运行速度在显示界面上进行实时显示，显示灯一致显示为绿色；同时，为进一步验证该控制系统针对皮带断带故障的控制性能，通过对皮带运行速度进行控制，模拟其发生较大的异常振动故障，此时，该控制系统显示界面中的显示灯显示为红色，且显示的各点运动速度不断发生跳动变化，2 s后，带式输送机电机出现了停止转动现象，且捕捉器上的上下闸块对皮带进行了快速压紧操作，实现了对皮带运行下滑控制。由此，验证了该控制系统具有一定的可行性，有必要将其在带式输送机皮带故障检测中进行推广和应用，以提高带式输送机的工作安全性，实现企业的经济效益最大化。

5 结束语

本文结合工程实际，分析了带式输送机皮带失效捕捉器的结构组成，针对带式输送机皮带的故障失效问题，从硬件系统及软件系统等方面，开展了捕捉器控制系统的设计研究，设计了一套响应速度快、控制精度高、运行稳定可靠的捕捉器控制系统，并将其在长城煤矿进行了现场应用测试，结果表明，该系统功能运行正常，为皮带发生异常振动或断带故障时，能快速发出切断带式输送机驱动电机电源及捕捉器活塞杆的控制命令，有效避免了因皮带断带而造成的相关事故的发生，防止皮带发生下滑现象，具有较好的可行性。该研究对提高带式输送机的工作效率及作业安全性具有重要意义，可进行进一步推广和应用。