煤矿皮带机输送系统保护控制装置的设计方案研究

李爱军

（西山煤电西曲矿综采二队，山西　古交　030200）

引言

能源消耗量的增加加速了我国煤矿企业的发展，各煤矿企业也加大了煤矿的开采力度。煤矿开采量的增加使得其对皮带机运输能力的可靠性和安全性提出了更高要求。为保障开采工作的顺利进行，必须对皮带运输机的输送系统设置保护控制装置来实施全方位的监控和管理，保障皮带运输机工作的正常进行。本文设计了一种煤矿皮带机输送系统的保护装置，其设计主要是基于西门子S7-200为主控单元[1]，来保障皮带机在工作过程中出现的打滑、跑偏、超温、烟雾、纵撕等工作故障。该系统通过实践应用证明可以实现其对皮带机运输过程中的故障保护，提高煤矿机械运行的自动化水平。

1　新型煤矿皮带保护装置简介

新型煤矿皮带保护装置系统设计的CPU型号为CPU224XP，是西门子S7-200PLC系列产品。该CPU存储器用户程序大小运行模式下编辑12 288字节，用户数据10 240字节，掉电时间为100小时/典型值，可选电池200天/典型值，共有6个高速计算器，脉冲输出为2个100 kHz（限于DC输出）[2]。是当前市场上运算速度非常快、安全可靠性也非常高的一款CPU，可以用做控制复杂程序的控制系统。该保护装置的硬件系统主要是保护传感器，检测电路，A/D转换电路等组成，如图1所示。在皮带运输机尾部位安装接口箱，用于机尾的通话、闭锁、机尾跑偏的接入。

2　新型煤矿皮带机保护装置的显示与控制系统分析

该保护控制装置的整个系统包括电源和变压器部分及起主控作用的DSP部分和起控制显示作用的单片机。其中DSP部分用于数据的采集、运算和处理，通过接收到的传感器信号分析皮带存在的故障，并根据预设指令调整控制皮带机的状态;单片机用于接收用户所设置的参数、显示皮带机的状况及与DSP进行通信[3]。

3　新型煤矿皮带机保护装置传感器布置设计方案分析

3.1　跑偏保护装置的设计

跑偏保护的作用是当输送带在一定程度内跑偏时能够使输送机在规定时间内停机。该保护装置将跑偏保护问题分为为一级和二级，一级跑偏时保护装置进行报警处理，二级跑偏时保护装置进行停机处理[4]。跑偏装置由支架、立辊、微动开关、凸轮、凹轮、复位弹簧、底座等组成。在运输过程中当跑偏检测器与立辊接触时，通过检测立辊偏移的角度来进行一级和二级的区分，12°内的偏移为一级跑偏问题，大于12°小于25°的偏移为一级跑偏问题

3.2　烟雾保护及自动洒水装置的设计

摩擦会导致打滑处的温度升高，从而产生各类烟雾，严重时还会引发火灾事故。本保护装置采用的GQQ5矿用本安型烟雾传感器[5]，并配有独立的RFMH型热敏式超温自动洒水装置。在出现火灾后可自行进行灭火处理工作。GQQ5矿用本安型烟雾传感器采用气敏型探头元件，灵敏、可靠、无误动作，可检测到≥0.1mg/m3的烟雾浓度，并实现带式输送机烟雾保护。

3.3　堆煤保护装置的设计

本装置的设计为制作150mm×90mm大小的电路板，并选择合适的电阻、电容和变压器，在符合井下条件的情况下进行安装调试，将其安装在机头控制箱内，探极线引到机头。本装置制作简单，安装方便，很大程度上保护了皮带撕裂事故的发生。从最近的运行情况来看，效果明显。

3.4　撕裂保护装置的设计

撕裂保护装置的作用在于当皮带机的胶带发生撕裂故障时，对其进行停机保护，尽力减小其对胶带的影响。本保护装置中，使用的是高精度视觉传感器，可以准确的定位胶带出现的裂缝位置。当运行过程胶带出现裂缝，保护装置的控制系统就会输出跳闸信号，进行报警处理，并提示工作人员采取进一步措施。

3.5　速度保护装置的设计

本速度保护装置主要由触轮、脉冲盘、电子脉冲开关、壳体和拉簧等组成。触轮随胶带运行而带动内部的脉冲盘，在脉冲盘旋转时传感器的磁感应信号输入到控制电路中，经放大、整形后进行计数，其计数值与预置数比较，判断胶带的带速，从而得出相应的运行速度，执行相应的开关信号，现场示意图如图2所示。

4　皮带机输送系统保护控制装置功能的实现

在皮带机输送系统保护控制装置中，其各种功能的实现主要通过以下方式进行。第一，全方面的自动检测和监控功能可以用来实现其启动及运输功能。第二，手动控制功能。在保护控制装置中还保留了手动控制装置来应对相应紧急情况的人工操控。第三，温度保护功能。通过温度预警值的设定来实现对皮带机的运行保护功能。第四，通过检测皮带机推动了运行速度实现了其安全保护功能。另外还实现了对物料的堆料保护功能、CO浓度的保护功能等[6-7]。

图2　速度保护装置的现场示意图

5　结语

针对煤矿皮带机的运输特点以及运行工矿，设计的综合保护控制装置可以实现其信息融合与自动调节保护的功能。该皮带机输送系统保护控制装置经过一段时间的应用，能起到保护控制的效果，提高了皮带机运行工作的安全性与稳定性，是当前大型煤矿自动化生产过程中的必备装置，可以进行推广应用。

[1]翟冠男.煤矿皮带运输机PLC控制系统的设计与实现[J].机电工程技术，2017（9）：103-104；139.

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