皮带运输机安全与监控系统的研究和应用

葛根法

（江西铜业集团有限公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

1 引言

德兴铜矿泗洲选矿厂投产时间较早，存在设备陈旧、种类多、能耗高、效率低，监控和预警不智能等诸多问题。现有安全生产流程信息系统自2003年7月运行至今，使用传统马赛克模拟屏实现全厂主要设备（圆锥、球磨机）运行状态的监控，未包含皮带运行和监控信息，且随着浮选系统和圆锥系统的更新改造，生产流程信息系统已经与现场实际生产流程不相符，现有的皮带运输机监控系统不能满足生产发展需要。通过对皮带运输机安全设施升级改造完善监控系统，实现设备运行状态的实时监控和预警，保障设备运行安全及人员安全。同时可采集选矿厂主要设备运转工况、工艺参数等数据送到安全生产指挥中心，根据选矿厂生产状况及工艺要求对生产流程及设备运行状态实现集中监控和操作，以提高生产稳定性，实现设备的高效率运行，达到良好的经济和社会效益。

2 皮带运输机监控系统的组成

结合泗洲选矿厂现有输送机安全保护装置的现状，需要对现有的136条皮带增设急停拉绳开关、急停按钮、跑偏开关、打滑开关，各皮带保护装置的信号就近接入皮带运输机就地操作箱，实现对皮带输送机的保护。结合现有输送机报警装置的现状，需要对现有的36条皮带增设预警信号装置，实现对皮带输送机的启停和故障预警。通过对皮带运输机安全设施升级改造和组建监控系统实现对选厂各工段、供配电系统、辅助生产系统等实施统一操作、集中监控分析和统一调度，实现在选厂组建安全生产指挥中心，构建选矿厂综合信息管理平台。

3 皮带运输机监控系统的设计

3.1 皮带运输机安全保护装置设计

依据带式运输机安全规范（GB 14784-2013）和选矿安全规程（GB 18152-2000）10.3.4条款的要求，输送机（或输送线）应（宜）装设安全保护装置和启动预示信号。结合泗洲选矿厂现有输送机安全保护装置的现状，需要对现有的136条皮带增设急停拉绳开关、急停按钮、跑偏开关、打滑开关，各皮带保护装置的信号就近接入皮带运输机就地操作箱，实现对皮带输送机的保护。需要对现有的36条皮带增设预警信号装置，实现对皮带输送机的启停和故障预警［2］。

3.2 信号的采集与控制方式

皮带机的急停拉绳开关信号、急停按钮信号就近接入皮带机就地操作箱，直接接入控制回路，实现对皮带机输送机的就地保护。皮带机的跑偏开关、打滑开关的信号接入皮带机就地操作箱汇集后，集中送至PLC控制系统集中监控和报警。皮带机的预警信号装置的控制信号直接来自PLC控制系统，信号预警装置电源取自皮带机就地操作箱［1］。

3.2.1 急停拉绳开关

拉绳开关由拉杆、复位柄、凸轮、锁槽及微动开关等组成。拉绳开关安装于皮带输送机的两侧的机架上，用钢丝绳沿着输送机两侧把开关连接起来。当输送带设备发生紧急事故时，在现场沿线任意处拉动钢丝绳，钢丝绳牵动驱动臂旋转，通过传动轴带动扭力弹簧使精密凸轮发生位移，驱动控制线路，使得输送机停止运行。

急停拉绳开关的安装图如图1所示。拉绳开关平通过螺栓固定在胶带机架上，将钢丝绳系在两端拉环上，每侧绳长不超过25m，钢丝绳沿胶带平行方向设置，每5m加一吊环。

图1 急停拉绳开关安装示意图

全厂共有36条皮带运输机长度超过30 m，按照规范的要求，一共需要新增152台急停拉绳开关。

3.2.2 急停按钮

根据皮带运输机安全规范（GB 14784-2013）4.1.11条款的第i项要求，沿输送机人行通道的全长应设置急停拉绳开关。拉绳开关的间距不得大于60 m。当输送机的长度小于30 m时，允许不设拉绳开关而用急停按钮代替，但从输送机长度方向上的任何一点到急停按钮的距离不得大于10 m。

根据皮带的长度，可在皮带输送机的就地操作箱上的增加急停按钮，也可以根据需要设置独立的急停按钮盒，满足急停按钮到皮带机的距离要求。

3.2.3 跑偏开关

跑偏开关的安装图如图2所示，将立棍轴线与胶带片面相垂直，立棍与胶带边缘距离50～100mm，胶带位于立棍下端1/3处。

图2 跑偏开关安装示意图

全厂需要对其中的61条皮带运输机新增150对跑偏报警装置。

3.2.4 打滑开关

打滑开关的安装图如图3所示，打滑开关的感应轮与胶带机从动轮轴螺栓连接，与从动轮同步旋转，欠速开关与感应轮最大距离为25mm。

图3 打滑开关安装示意图

全厂共有12条皮带运输机需新增15个打滑开关。

3.2.5 皮带矫直器

皮带矫直器是一种用于皮带运输机防止运输皮带跑偏的机电一体化自动校正装置。装置固定于皮带运输机上，运输皮带要运行中跑偏时，装置具有自动校正的功能。有较高的实用性及通用性，可以提高工作效率，减轻劳动强度。技术特点如下［4］：

（1）中间托辊控制皮带运行方向，两侧托辊不会损伤皮带边缘。

（2）利用皮带跑偏趋势所产生的反作用力进行校正，使其达到重新平衡。

（3）快速随即校正，同步响应，并且不需要动力执行元件。

（4）既可上下两层同时校正，又可分别单独使用。

（5）自平衡，安装简单，调整便捷，性能可靠，使用寿命长。

3.3 信息管理平台升级改造方案

为建设高产高效安全的现代化选矿厂，实现对选厂各工段、供配电系统、辅助生产系统等实施统一操作、集中监控分析和统一调度。在选厂组建安全生产指挥中心，构建选矿厂综合信息管理平台。

通过建立统一的平台实现对选矿厂内部各个层架和部门进行统一的生产管理和监控，根据管理需求实现公司、部门（车间）、工段等的多级管控。系统建成以后，企业可以根据管理需求实时查看各个车间的生产情况，实现“看得见、管得着、抓得住、揪得准”的管理目标。生产管控模块涵盖生产计划、生产过程、生产绩效、安全环保等各个环节的管理，按照“一组数据、一个标准、一套系统”的原则集中存储企业所有的生产数据，实现对企业安全数据、生产数据进行统一管理，全面共享、动态更新、生产过程可视监管，上下联动、安全管理及时到位，达到优化利用企业资源，保证生产经营安全、高效的目的。

通过平台集成的企业内部信息化与自动化系统数据，实时展示相关生产环节的系统及设备状态数据；在统一场景下实现多个系统的集成管理，完成故障预警、控制指令的下达；实现各类生产指标的统计、分析和报表输出；系统具备标准的企业数据接口服务，能够接入OA、ERP、EAM、WMS、LIMS；支持后续系统扩展，支持跨平台应用，实现数据共享［5］。

生产过程监控以数据、报表、图形、图像等形式，在网络终端上对生产控制过程进行动态实时监控。实时监控系统的应用单位主要分布在生产调度、技术管理等重要生产管理、生产监控岗位，进行实时监控生产控制过程，系统提供形象逼真的动态模拟工艺流程图、实时历史趋势图，管理人员可以及时地查看生产运行的现行状态和历史趋势，同时实现生产异常报警［1］。

网络传输该部分是视频监控系统的重要组成部分，也是保障前端网络摄像机图像能够安全、高效、准确传输到后端的重要环节。根据现有视频监控系统的网络拓扑结构，监控网络采用树型网络架构，构建三层网络，网络结构如图4。

图4 三层网络结构

4 构建选矿厂安全生产指挥中心

为满足选矿厂安全生产的要求，皮带运输机安全设施及监控预警系统的信号采集与控制纳入信息管理平台,并成为构建选矿厂安全生产指挥中心重要组成部分。本项目组建选矿厂安全生产指挥中心，通过升级选厂信息管理平台、视频监控系统，建成了基于工业互联网、大数据、移动互联等先进技术手段于一体的智能化“安全生产指挥中心”。该中心的建成，实现了选厂安全生产指挥中心、信息管理系统、综合自动化控制、视频监控系统为主要功能的智慧一体化安全生产管控平台。

通过构建的智能化的安全生产指挥中心，可监测监控安全生产中的重要环节和设备的运行状态，及时掌握选厂的生产运行情况，定时与不定时相结合的方式进行选厂安全生产指挥协调，统一管理，维护选厂安全生产正常进行。

安全生产指挥中心通过多个子系统模块组成，其中就包括了监控、图文管理、视频等模块，通过这些模块的协调合作，可把安全生产中的信息通过多个图像，以多个角度的形式进行展示。同时，通过公司级别的一览图，在该图中可以了解到生产单位的一些安全生产状态，其中就包括了生产状态、人员定位、报表查询等信息资料。

5 结语

通过对皮带运输机安全设施升级改造以及完善监控系统，实现了皮带运输机设备运行状态的实时监控和预警，有效保障了设备运行安全及人员安全。同时可采集选矿厂主要设备运转工况、工艺参数等数据送到安全生产指挥中心，根据选矿厂生产状况及工艺要求对生产流程及设备运行状态实现集中监控和操作，提高生产稳定性，实现了设备的高效率运行。