矿用胶带输送机智能保护系统的研究

武小龙

摘 要：本文以矿用胶带输送机智能保护系统为研究背景，通过对系统整体方案的设计，理论上实现了对胶带输送机的实时监测、通讯、报警的功能，通过现场测试以及对胶带输送机故障诊断，实现了监测和故障诊断系统的完美结合，进而实现了智能保护的目的。

关键词：胶带输送机;智能保护系统;故障诊断

矿用胶带输送机对于矿井工作面的高效推进有重要的影响，一旦胶带输送机发生故障，将造成工作面推进的延期，对矿井造成巨大的经济损失。根据《煤矿安全规程》要求，为了保证胶带输送机的正常运行，设备运行的过程中必须安装防止设备跑偏、打滑等设备，此外，众多矿井通过监测系统对设备运行过程中的各参数进行监测管理，但是因为自动化水平较低且监测系统的不完善，并没有达到预期的效果，给设备故障诊断以及维修都带来了不便。为此，本文通过对矿用胶带输送机智能保护系统的总体设计和现场测试，实现了对胶带输送机实时的检测和控制，提高了系统的自动化水平，实现了智能化控制的目的。

1 系统总体方案设计

胶带输送机是矿井重要的运输设备，是转运系统中的关键设备，其性能的好坏直接影响到矿井的经济效益，因此实现胶带输送机的智能保护系统就显得尤为重要。智能保护系统的实现依赖于对设备故障的诊断以及控制，根据设备故障进行系统的优化和技术的改进便实现了对胶带输送机智能保护系统的开发，从而提高了系统整体的稳定性。

1.1 胶带输送机结构

胶带输送机的运转主要通过滚筒带动胶带实现，其因为良好的运输性能和较低的能耗而广受煤矿的喜爱，结构示意简图如图1所示。图中，1为胶带输送机的驱动装置，其主要包括驱动滚筒、联轴器以及减速器等构成，通过驱动滚筒的摩擦作用带动胶带运行，是设备的动力装置;2为用来运输物料以及进行力的传递的胶带;3为上托辊，上托辊的主要作用是承载运输物料的重力，通过减少运行过程中的阻力使得运行更加顺利;4为滚筒，滚筒的主要作用是将驱动装置输出的力进行转向作用，通过张紧胶带间接进行运输;5为设备的机架部分，是胶带输送机的主要承载部件;6为下托辊，当胶带处于回程段时，下托辊负责支撑胶带运行且一定程度的减小运行过程中的摩擦力;7为张紧装置，张紧装置可根据矿井实际的情况调节胶带的张力，避免因为张力过大或过小引起的胶带的损坏。

1.2 系统总体方案设计

根据矿井实际的地质条件，对矿用胶带输送机进行系统设计，设计标准如下：

①因为矿井开采环境较为恶劣，经常有煤灰以及水等物质的干扰，因此系统必须足够的简单适应井下的狭小空间且具有一定的抗干扰能力，如在气体、粉尘以及水的干扰性下系统仍然能正常运行，为了保证胶带输送机的稳定性，系统还需具备一定的承载抗压能力;②在工作面连续推进的过程中，胶带输送机需要连续不断的运行，因此，系统电路部分必须选择可靠的电气元件，采用成熟的电路提高系统的稳定性，以满足工作面的高效生产;③为了保证对设备的实时智能保护，系统需具备实时采集信息和显示设备信息的功能;④系统的集成度高便于迅速采集信息，此外系统应该足够简单，便于工作人员操作;⑤系统通过接口可以实现升级扩展;⑥系统的投入成本应该合理。

图2为系统总体方案设计图，从图中可以看出，整个系统的设计上采用集中分布式结构，这种结构下可以实现对胶带输送机以及其相关单元结构的全面监测控制。整个系统由主控制器、矿用电缆以及皮带沿线设备等构成。主控制器主要由RS-485总线和CAN总线构成，通过监测主机实现对沿线模块以及各回路配电模块的监测控制，控制模块主要安装在输送机的机头位置，并进行防爆保护;主控制器通过矿用8芯电缆与皮带沿线设备连接，实现对胶带输送机下机位急停、多功能扩音以及跑遍、撕裂的信息的采集。

该系统具有以下功能：可实现对刮板输送机运行过程中温度、速度、电流电压以及设备运行状态的监测;控制系统可以实现对胶带输送机的集中远程控制;实现对故障点的准确定位，并实现语音报警的功能;同时具有照明功能且能实现对驱动电机的软控制功能。

2 应用效果

在上述总体方案的设计基础上，对组合配电系统、电源带载能力、通讯距离以及急停功能进行测试。

对于组合配电系统的测试，主要通过对主机以及配电箱回路和系统的通讯功能进行测试，在测试阶段，因为接线掉落等问题出现测试失败。为此，重新接线且延长数据接受发送的时间，有效避免了显示界面乱码的现象，系统的通讯功能得到改善;针对测试过程中设置参数乱码现象，对程序进行修改，增加对于设备运行参数的读取和保存程序，保证程序可以有效读取设备的参数，在读取参数的过程中，参数设置程序停止运行，避免了程序间的冲突，同时通过修改参数的长度使得程序可以直接跳过不需要修改的参数，待整体参数设置完成后，程序再次对参数进行整体判断，确保参数的稳定可靠性，系统通过判断条件可以保证失败界面的不更新。

对于电源带载能力的测试，主要测试恶劣本安电源的性能，通过测试发现已有的本安电源负载电容远远大于设备的电容，为此将已有的本安电源进行更换，更换为限流型本安型电源，再次测试发现终端400m处共出现四个急停，且电容小于设备的2.2uF电容，能够满足一定的带载能力。

对于通讯距离的测试，测试手段主要是通过两个设备之间的通讯性能进行判断，本次RS485总线测试的距离范围为60-150m之间。系统主要采用RS485和CAN总线进行通讯，因此对其进行分开测试，对于采用RS485总线的通讯测试，得到通讯距离满足要求;对于CAN总线的测试，测试距离则达到500-1000m，因为CAN总线是系统主要的通讯总线，在测试过程中，1000m位置的通讯功能良好，因此得到系统的通讯距离满足要求。

对于急停功能的测试，测试过程中发现设备的急停信息不能及时上传至显示界面，当故障取消后，显示界面仍然不能正常恢复。针对上述问题，增加了信息接收的时间，同时改变程序中的逻辑判断模块，改善了故障界面不显示和不能正常恢复的问题。

经过对系统的测试，运行系统观察设备的运行状况，胶带输送机故障诊断界面可直观显示胶带输送机在运行过程中驱动电机、减速器、滚筒等各部位的状态，实现了对设备重要部件的实时检测，实现了监测和故障诊断系统的完美结合，从而达到智能保护的目的，提高了系统自动化水平的同时方便了工作人员的操作。

3 结论

通过对矿用胶带输送机系统总体方案的设计，使得系统具备实时监测、通讯、报警和控制的功能，通過解决现场测试过程中的问题，系统运行顺利，运行过程中驱动电机、减速器、滚筒等参数一切正常，实现了对胶带输送机的智能保护，便于操作维护的同时提高了系统的稳定性。

参考文献：

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[2]王巧莲，高彩霞，王福忠.多机驱动大倾角带式输送机模糊控制算法[J].工矿自动化，2016，18（5）：45-51.