矿用皮带机监控系统设计与应用研究

温福海

（山西潞安化工集团余吾煤业有限公司，山西 长治 046103）

引言

煤炭运输是煤炭生产过程中的一个重要组成部分。随着科技的发展、矿井生产规模的扩大，运输系统也在不断变化和进步。皮带机因输送距离长、体积大、连续输送、运行可靠、易于自动集中控制而成为关键设备。皮带机是一种连续的输送设备，它依靠辊的表面摩擦力来驱动皮带运行[1]，具有输送量大、使用维护方便和能耗低的优点[2]，是地下矿井运输的主要设备[3]。矿用带式输送机（简称为“皮带机”）长时间在高速、重负荷下工作时，容易发生输送带打滑、偏斜、过热、机头堆煤、输送带纵向撕裂[4]等情况，造成皮带、电机、减速器、辊子等损坏。皮带机监控系统从20世纪40年代开始发展，早期的现场基准计和继电器构成了控制系统的前身。以PLC和DCS为代表，构成了第三代控制系统[5]。国产皮带机监控系统存在故障误报率高、拥有多个独立监控保护系统、信息反复采集、难操作等问题[6]，对在狭小恶劣井下工作的工人来说并不友好[7]。因此，尽管当前的监测监控系统都能实现皮带机监控的基本功能，但随着技术发展和需求的提高，需要准确诊断并及时处理。该系统基于信息融合技术、融合控制系统、软启动系统、故障检测系统，可以获得更详细、更准确的信息。

1 总体设计

皮带机监测监控系统总体设计图如图1所示，系统采用集中分布式结构，通过控制组合配电单元，全面监测皮带机工况。系统主要由主控制器和皮带沿线设备两大部分组成，主控制器通过RS-485总线连接配电控制模块（A～H），通过CAN总线控制语音报警模块、沿线管理模块及IO模块，通过IO模块实现跑偏、温度、带速、综合控制等信号收集。皮带沿线设备包括多功能扩音电话、沿线急停开关、下位机、终端采集设备等，其中1号、2号机尾下机位安装跑偏及撕裂监控器，2号机头下位机集成了温度、带速、烟雾及综合控制监控器，皮带沿线设备采用18 V电源线供电，并通过矿用8芯电缆连接主控制机。

图1 皮带机监测监控系统总体设计图

2 硬件系统设计

根据煤矿特殊的现场环境和系统功能要求，系统硬件选择如下页表1所示。试验验证和功能测试结果表明，每个模块的硬件电路均具有预期的功能，工作可靠稳定，并能满足预期的设计要求。下页表1中主要部件的选择满足了系统各部分的要求，同时使系统高度可靠和稳定。

表1 系统硬件器件表

3 监测监控系统的软件设计

皮带机监测监控系统流程如下页图2所示，主要分为系统启动、初始化、分配地址、查询设备的工作状态、故障处理等版块。监控系统有三种工作模式，在集中控制模式下，皮带机和给煤过程由中心控制，同时需输入各种保护装置。在本地控制模式下，机器由手动按钮控制，操作人员可通过PLC按下。在维护条件下，皮带和给煤机也通过手动按钮进行控制。操作人员也可在触摸屏中选择保护装置是否需要介入。

图2 皮带机监测监控系统流程图

系统工作模式由控制台上的三个位置选择器开关选择，每次只能选择一种工作模式。当皮带和给煤机运行时，工作模式不能改变。触摸屏中的指示灯可显示当前的工作模式。

监控系统用于单带和给煤机的监控。在集中控制模式下，按下启停按钮时，允许皮带启动或停止。如果有多个皮带，启动信号可以由上一条皮带给出，其方向不同于煤流。停止信号可以由与煤流方向相同的皮带发出。设定时间可根据皮带机的速度来确定。

4 人机交互界面

4.1 主控制界面

图3是监控系统的主控制界面，它显示了输送机运行时的大多数实时工作状态信息，主要包括运行模式及状态、急停状态及位置显示、沿线所接设备信息、每部皮带机工况状态、沿线设备数量指示灯、终端电压，以及地址排序、集控启停、故障复位三个按钮。

图3 监控系统主控制界面

4.2 故障诊断界面

编写故障诊断程序，并将关键组件（如电动机、减速器和滚筒）的故障诊断功能添加到皮带机监控系统中。故障诊断人机界面旨在实现在皮带机运行时实时显示输送机关键部件的健康和工作状态信息，并实现皮带机一体化。皮带机的监控和故障诊断功能界面显示如下页图4所示。

图4 故障诊断窗口

5 结语

针对皮带机的常见故障及现有监控系统的不足，结合现场调查和实际需求，开发了一种综合性高、功能全面、可靠性高、性能可靠的自动皮带机监控监测和故障诊断系统。结合实际工作，选择系统各模块的硬件电路，设计并编写相关的软件程序，并开发人机界面和程序。经验证后，系统已达到设计要求。