矿用带式输送机监测监控系统的优化及应用

邢彧

（宁夏安标检验认证有限公司，宁夏 银川 750000）

目前在工业生产领域中，带式输送机常见的于电力、冶金、煤矿和港口等行业应用中，造价低廉、可靠性高等优势已经使其成为目前我国各个生产领域中不可或缺的关键装备。目前我国带式输送机大约有200万台，其中煤矿作业过程占据大约120台的使用量，在我国矿井建设规模不断扩大的背景下，高带速带式输送机已经成为目前主流的井下输送设备。矿井下工作环境的恶劣和复杂，要求输送机的监控与监测系统能够做到精准、实时的要求，为避免安全事故的发生，如何去改造与升级目前的带式输送机监控系统则成为目前矿产企业所注重的首要问题。

本文基于此背景，根据目前带式输送机所包含的监控系统硬件与软件两大部分的优化来对其监测系统做出科学设计，在满足井下工作安全性要求基础上，为后续矿用带式输送机的自动控制系统改造与升级提供更加广泛的设计。

1 矿用带式输送机监测系统研究价值

在实现矿用带式输送机监测系统设计期间，对其重要内容进行研究，可体现出以下几点重要价值。

实现带式输送机的软启动。目前所应用的带式输送机其内部所使用的驱动电机是以工频启动的方式运行的，因此优化设计监测系统能够有效减少在生产期间电流在电机启动过程对于电网冲击的力度，并且其所具备的设计软启动装置能够将各个承载部件在启动过程中所承受的动载荷进行降低，延长部件的使用寿命。目前在市场上常见的软启动装置主要包含液力型、液黏性、电气型和机械式4种。另外，虽然使用高频变压器能够促使其启动曲线十分理想，但是关于其器械的关键技术依旧在目前被国外的企业所垄断，使用成本过高，根本难以实现大规模的推广与使用。现阶段国产的液力耦合器是我国最为常见的带式输送机调速装置，其可满足该机械对于精度要求不高的调速需求，且使用液力耦合器部件不仅能够促使输送带在启动过程得到理想的速度曲线，也可减少企业在该机械中的资金投入，降低设备改进期间的工程量。

能够促使多机驱动期间其功率保持在平衡状态。目前基于技术的限制等原因，所使用的液力耦合器调节装置也会存在一些不均匀的状态，促使电机在实际运转期间其功率出现较大的偏离，这种偏离会促使输送带的张力被重新分配，严重时会导致电机被损坏，给井下作业带来极大的事故隐患。基于模糊控制算法的背景下，除了可以保障优化后的功率多机启动平衡，不增加硬件成本，保障整个电机运行的可靠与安全性，并且也可在其他关于多机驱动设计领域上得到广泛应用。

能够保障带式输送机在运作期间可靠的设计井下作业的故障检测设备。根据现有数字图像处理技术和DSP芯片技术高速发展和广泛应用的背景，作为故障检测系统的设计也被在带式传输机运行中所重视。

可实现带式输送机FCS控制系统的优化与设计。在未来自动化系统的发展别井下，FCS总线控制有着极高的优势，其能够集中井下触摸屏和传感器等设备，减少井下布线等系统建设的成本，且在传输速率提升的基础上实现整个系统控制的可靠与稳定性。

2 监控系统中存在的漏洞

虽然目前在带式输送机中的监测监控系统已经得到十分广泛的应用，同时也在设备运行安全和效率提升上高度重视。在科技手段不断创新与推广背景下，由于井下作业的内容复杂、环境恶劣，现有监控系统使用存在一定局限，常常会出现信息错报和监控范围狭窄等问题，这也表示出目前的监控系统本身也存在一定的漏洞。具体可体现在以下几个方面：

检测打滑故障不够及时。带式输送机中的滚筒与胶带会相互摩擦，在此摩擦力作用下实现胶带的传输。而当这种摩擦力较小，难以实现有效的带动时就会出现胶带打滑的现象，且也会明显提升部件的温度。并且目前所使用的监测系统对于胶带打滑监测方面存在精度低、不及时等问题，实现实时监测，也不能监测胶带在出现打滑问题时部件的温度，使设备运行存在安全隐患。

目前多数都是使用传统模块来制作监控系统，但是在部件不断更新和技术不断创新使用的背景下，部分模块已经出现老化现象，现场设备响应不及时、功能单一和精度低等劣势与问题已经难以满足目前带式传输机安全作业的实际需求。

在监控系统长时间使用过程中，由于部件的老化，很容易导致运行期间设备温度过高的问题，也会出现电压过大、胶带转速过慢等问题，导致设备出现各种各样的问题，影响设备的正常运行。

现阶段所使用的监控设备主要是在人机显示和报警等方面存在一定的不足，如显示界面的单一性，导致关键的信息和数据不能及时在显示屏上显示；加上仅能发出一级报警的单一性报警装置，为设备运行带来极大的安全隐患。

基于上述对矿用带式传输机监测系统的漏洞分析，我们可以明确的是，需要尽快去优化该系统的各项内容，为保障系统安全运行和井下安全作业提供保障。而在整个带式输送机监控系统中，其主要包含硬件和软件两大部分。其中在硬件部分设计中，其包含PLC控制器、控制主站以及各种传感器，以配电柜和通讯电缆为主要连接方式。而软件部分则包含设备控制程序、报警程序以及主控界面等部分。在硬件与软件系统的加持下共同为带式传输机监控系统的安全运行做出足够的保障。下面本文以这两部分的优化设计为主要内容进行研究与探讨。

3 监测系统硬件部分优化设计

3.1 PLC控制器优化设计

PLC控制器是整个监控系统的核心设备，其主要负责采集设备数据与信号处理以及设备运行状态和动作的控制进行作用。

目前市场上所出现的PLC控制器种类与型号相对较多，因此需要在选择上做好对比。本次结合市场调研，发现S7-400系列的PLC控制器优势较为明显，其运算能力强、成本低与控制精度高。该系列的PLC控制器本身输入的信号在4～20mA范围内，可以根据其控制器内部的整流器来实现电压转换，一般工业用电电压为220V，由此可利用PLC控制器将其转换为24V直流电，更加便捷的对接外部电源。

同时根据带式输送机监控系统本身的功能需求与要求，在该控制器接口魔铠中，I/O模量输入信号的接口设计为8个，I/O输资料输入接口为10个，I/O数字量输出接口为8个。其中模拟量输入模块会将各种传感器所检测的信号输入到PLC中，如设备运转的速度、运行温度和煤仓物位等信息；而数字量输入模块则负责设备于行期间的运动指示、烟雾以及堆煤的情况信息在PLC中输入，最终根据数字量的输出模块来输出报警和急停命令信息信号，随后执行结构会对设备实施命令，完成设备的安全运行。其中PLC控制器接口的连接框架图如图1所示。

图1 PLC控制器接口连接框架

3.2 控制主站设计

控制主站的设计，其在监控系统中处于“大脑”和中心等地位，一般控制主站中包含电源和CPU模块，这些模块对于整个系统而言都十分重要。但是电源模块在目前很多控制主站中均没有被安装，促使其使用局限性较大。本次根据CPU模块的特点，决定选择在煤矿生产中十分常见的315-2PN/DP模块，其具备处理能力强和运算速度快等优势，具体特点如表1内容所示。

表1 CPU主要参数

另外在控制主站上，其采取TCP/IP接口作为以太网的接口，利用UPS主机和UPS电池组成电源模块，其属于一种电源存储器部件，在市电正常供应与运行期间，能够利用UPS模块来调节与控制市电的电压，随后将电源提供给负载。而如果市电停电，可利用UPS模块及时供电给负载，在此状态下，可以保障PLC负载能够持续5h的运行时间，以实现PLC模块的稳定与正常运行。

4 监测系统软件部分优化设计

4.1 主程序优化

为了全面实现设备控制程序的运行，需要结合前文控制主站的设计内容加上软件程序的编写所实现。在整个监控系统中主控程序起到的是调度的作用，也是整个主站控制的核心部分，其是根据INPUT模块的编程，集中输入各项功能信号，如急停、互锁等功能内容，随后再根据前端输入的指令，根据OUTPUT模块对这些信操作信号进行快速且可靠输出。

且在编写主控程序期间，所选择的是LAD梯形图语言，其属于STEP7编程软件中的语言。该语言操作简便，应用普适性明显，能够对操作流程实现自动自上而下、逐步分解，进而编写整个程序的操作流程。随后对状态监测功能进行优化，其中带式输送机的监测系统所使用的PLC控制器可实现24路振动信号的采集，其涉及到电机前后轴和耦合器前后轴以及减速器前后轴等各个轴的振动，并且也可采集4路温度信号，该信号涉及电机的前后轴瓦等内容。

4.2 保护程序优化

在目前所应用的带式输送机过程中，所出现的该故障类型也相对较多，如部件温度过高、胶带打滑、跑偏和烟雾聚集等，严重影响着整个设备的安全运行。所以在该监控系统中，需要对设备的保护程序进行优化设计。在整个设计期间，主要是根据前端的各种传感器来对各项信号进行检测，随后以PLC控制器的处理和运算，来明确这些信号的情况。当所检测到的信号超出其所设置的相对应阈值时，PLC则会发出相对应的保护命令，如报警、停车等关键指令，随后根据信息对比与判断来保障设备的正常运行。如，本监控系统温度传感器的测量范围为0～55℃，其主要操作的内容是对设备运行期间的温度进行检测与控制，避免因为温度过高而产生高温报警等现象。因此采取STEP7编程软件来对监控系统中温度检测程序进行编程处理，可保障整个系统的高精度、高反应度的运行，进而实现设备的安全运行。具体程序梯形图如图2所示。

图2 温度检测程序梯形图图示

5 优化后监控系统应用成效

结合目前改进后的监控系统设计内容，其会将现有的HD-400型矿用的带式输送机进行进一步测试与应用，而该测试主要内容就是在目前所具有的监控系统配置基础上来改进、设计与更新PLC控制器、主站控制与程序控制等各个方面。

在测试所得出的结果中看出：新型优化过的监控系统运行更加稳定与可靠，数据信息响应的时间更短、速度更快、精度更高，在外部市电断电的情况下也能够保障本监控系统正常运行。另外所优化过的系统界面能够实时显示设备工作情况，如设备工作期间的温度、速度和电流与电压等信号信息，并可将正常运行与故障报警等提示进行有效显示与发送。

本监控系统在测试期间，操作人员仅需要在监控室内就可完成设备运行的实时监控，检测作业时间同比下降了60%左右的比例，极大降低了检测人员的劳动强度。且设备运行的时间也相较于优化前提升了30%左右的比例，为企业创造了巨大的经济效益。由此可以看出，在选择HD-400型带式输送机运行中被优化的监控系统能够更好的满足实际矿用需求。

6 结语

综上所述，带式输送机作为目前煤矿产业主要的关键输送设备，对其系统进行优化与设计不仅是现代产业发展的实际需求，更是新时期技术更新的重要需求。其中监控与监测系统的优化设计是整个带式输送机系统的核心，做好该系统的设计则需要从硬件和软件两个方面进行，以PLC控制器和主控制站为主，设计好预警与报警系统。最后实现整个系统设计的应用检测，保障监测系统安全运行的同时，实现整个带式输送机的可靠性运行。