煤矿主运输皮带故障智能诊断与保护研究

惠凯卫

摘 要：煤矿主运输皮带故障智能诊断与保护研究工作的开展对于煤矿安全平稳生产具有重要意义。本文首先对煤矿皮带运输系统作出简要阐述，然后结合实际情况，对煤矿主运输皮带故障智能诊断与保护进行有效分析，希望可以对业内起到一定参考作用。

关键词：煤矿;主运输皮带故障;智能诊断;保护措施

中图分类号：TD528 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）19-0163-02

1 煤矿皮带运输系统概述

煤矿皮带运输系统主要包含了故障监控、煤炭运输以及设备保护等多个部分，利用集中控制系统，可以对煤炭运输过程中的环境参数、运行工况、设备状态以及供电参数、工作方式予以有效监测、科学控制。煤矿皮带运输系统本身具有独立性，可以和煤矿自动化综合系统平台进行对接，系统本身融入了工业控制技术、计算机技术、自动化技术以及通信网络技术，利用传感器可以有效保护在皮带机基础上的一系列运输系统设备，传感器可以采集撕裂、跑偏、速度、堆煤等相关参数，利用工业控制总线通信技术，可以将相应的数据信息反馈至PLC核心基础上的工控机，进而完成数据信息处理工作。对于工业以太网处理完成的数据信息，PLC可以利用组态软件将其转化为表格、图像等多种形式，进而让工作人员了解当前运输系统整体状态，以进行正确操作、有效控制。一般情况下，该系统可以分为以下几个主要部分：

（1）设备层。主要包含了对系统具有保护功能的传感器以及其他执行设备，可以采集系统运行动作以及故障点等相关参数，让其状态得到科学反应，实现皮带启停、故障处理、声光报警等动作。并让管理层、控制层得到信息的及时反馈[1]。

（2）控制层。其核心主要为PLC，包含了防爆控制箱以及主站、分站。利用PLC的数据处理能力，可以对多种传感器数据信息进行有效采集，可以针对数据信息开展逻辑运算、信息处理、信息转换、故障保护、指令操作以及信息显示等工作，利用程序指令，可以进行科学判断，在远程集中控制系统中，控制层占有核心地位。

（3）管理层。利用上位机，可以实时监控整体煤矿运输系统，让设备运行状态得以获取，让工况数据得到采集、处理，并对控制指令予以有效下达，让现场动态工艺流程得到显示。除此之外，管理层还可以对共享数据库资源进行管理、存储与更新。

2 煤矿主运输皮带故障智能诊断与保护

2.1 整体概况

在自动控制系统中，煤矿主运输皮带的故障诊断占有重要地位，其主要组成部分包含了信号处理、信号检测单元、分析单元以及控制单元等，在检测单元中，主要包含了传感器单元以及继电器单元，除此之外，还融合了报警部分、数字显示部分。检测结构如图1所示。

结合图1，此种故障检测结构和传统只依靠继电器的检测方法存在着一定差异，可以避免漏判、误判情况的出现，可以让煤矿故障诊断系统智能水平得到有效提升。在煤矿主运输皮带的运行过程中，因为负载、皮带速度、温度等一系列特征向量的变化，可能会出现断带、打滑、过负荷、跑偏等问题，因此，在本系统中，电机电流、皮带速度以及温度为主要检测参数。设x1、x2可以分别表示速度、负载，y为皮带故障信号，那么y=f（x1，x2）。通过检测故障产生的多种特征因素，并对控制算法予以调用，可以让故障预判断工作得以实现，通过对PLC进行有效利用，可以依照所判断结果对电机进行控制，并执行一系列动作，如声光报警等[2]。

2.2 具体功能

2.2.1 打滑检测和保护

主运输皮带传送工作需要依靠摩擦力开展，而在带式输送机运行过程中，打滑这一问题较为常见，皮带打滑会让胶带受到磨损，同时会让紧边拉力冲击松边，胶带可能会因为疲劳而出现断裂现象。除此之外，皮带打滑也可能会引起火灾事故。设滚筒、胶带摩擦系数为，在滚筒上胶带圆周角为，那么在正常运行状态下，紧边拉力和传动圆周力F关系为：

（1）

结合公式（1），在一段时间的运行结束后，因为胶带具有塑性变形，可能会降低张紧力，减小圆周角与摩擦系数，如果有负荷、动力变动情况出现，就会造成打滑。因此，通过对皮带负载大小、线速度情况进行检测，可以明确皮带是否打滑。如果有打滑情况出现，那么需要向皮带输出控制回路信号，让皮带停机，让堵煤情况的出现得到有效避免。

针对皮带尾轮，其检测装置如图2所示。

结合图2，将两块检测感应板焊接在皮带尾轮一端平面，依照现场实际距离，将感应开关安装在靠近轮侧。感应板和感应开关之间呈一定角度，如果有传动轮打滑情况产生，尾轮停转，那么在一块感应板和接近开关停留于一直线时，另一感应板和接近开关之间依然有夹角存在。可以确保尾轮停转现象可以得到及时反映。同时，应确保安装两块检测感应板时具有一定角度，确保停转信号可以得到有效接收。

2.2.2 跑偏、过负荷检测和保护

（1）两侧长度不同。在主运输皮带滚筒两侧线速度一致前提下，因皮带材质、展延各异、接头胶接不正等原因，皮带两侧如果长度不同，那么在运动中，皮带长的一侧会出现吸收不全面情况，进而导致皮带内部张力分布出现不均衡情况。滚筒、托辊、皮带运动方向有角度产生，会让皮带出现跑偏情况。（2）两侧所受张力不同。如果皮带两侧所受张力不同，其内应力分布均匀性就会受到影响，舒张变形产生差异，滚筒运动线速度方向以及皮带运动方向会有角度出现，进而出现跑偏情况。如皮带所受清扫器摩擦力不均衡、落煤點位置偏差、输送皮带局部损伤等情况都会导致这一问题出现。（3）侧向合外力作用。因为中间支架中心线不正、滚筒安装不规范、托辊中心和两侧存在偏差、输送皮带成槽性不佳以及滚筒和皮带不垂直等现象，会让侧向合外力作用出现。进而让皮带出现侧向位移，产生跑偏现象。

为对此类问题进行有效解决，可以将跑偏开关安装在皮带两旁机架处，如果皮带和正常位置产生偏离，在皮带带动下，跑偏开关塑料轴转动，有一定角度偏转，如果转动轴转动超过设定角度，就会让其内部出现开关常开触点闭合现象，让控制回路得以接通，进而及时报警，并让跑偏位置开关信息得以显示。控制其得到信息反馈，可以有效调整托辊组以及滚筒运行状态和皮带运行方向。