惠凱衛(wèi)

摘 要：煤礦主運(yùn)輸皮帶故障智能診斷與保護(hù)研究工作的開(kāi)展對(duì)于煤礦安全平穩(wěn)生產(chǎn)具有重要意義。本文首先對(duì)煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)作出簡(jiǎn)要闡述，然后結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)煤礦主運(yùn)輸皮帶故障智能診斷與保護(hù)進(jìn)行有效分析，希望可以對(duì)業(yè)內(nèi)起到一定參考作用。

關(guān)鍵詞：煤礦;主運(yùn)輸皮帶故障;智能診斷;保護(hù)措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TD528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）19-0163-02

1 煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)概述

煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)主要包含了故障監(jiān)控、煤炭運(yùn)輸以及設(shè)備保護(hù)等多個(gè)部分，利用集中控制系統(tǒng)，可以對(duì)煤炭運(yùn)輸過(guò)程中的環(huán)境參數(shù)、運(yùn)行工況、設(shè)備狀態(tài)以及供電參數(shù)、工作方式予以有效監(jiān)測(cè)、科學(xué)控制。煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)本身具有獨(dú)立性，可以和煤礦自動(dòng)化綜合系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接，系統(tǒng)本身融入了工業(yè)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用傳感器可以有效保護(hù)在皮帶機(jī)基礎(chǔ)上的一系列運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備，傳感器可以采集撕裂、跑偏、速度、堆煤等相關(guān)參數(shù)，利用工業(yè)控制總線通信技術(shù)，可以將相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息反饋至PLC核心基礎(chǔ)上的工控機(jī)，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)信息處理工作。對(duì)于工業(yè)以太網(wǎng)處理完成的數(shù)據(jù)信息，PLC可以利用組態(tài)軟件將其轉(zhuǎn)化為表格、圖像等多種形式，進(jìn)而讓工作人員了解當(dāng)前運(yùn)輸系統(tǒng)整體狀態(tài)，以進(jìn)行正確操作、有效控制。一般情況下，該系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)主要部分：

（1）設(shè)備層。主要包含了對(duì)系統(tǒng)具有保護(hù)功能的傳感器以及其他執(zhí)行設(shè)備，可以采集系統(tǒng)運(yùn)行動(dòng)作以及故障點(diǎn)等相關(guān)參數(shù)，讓其狀態(tài)得到科學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)皮帶啟停、故障處理、聲光報(bào)警等動(dòng)作。并讓管理層、控制層得到信息的及時(shí)反饋[1]。

（2）控制層。其核心主要為PLC，包含了防爆控制箱以及主站、分站。利用PLC的數(shù)據(jù)處理能力，可以對(duì)多種傳感器數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效采集，可以針對(duì)數(shù)據(jù)信息開(kāi)展邏輯運(yùn)算、信息處理、信息轉(zhuǎn)換、故障保護(hù)、指令操作以及信息顯示等工作，利用程序指令，可以進(jìn)行科學(xué)判斷，在遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)中，控制層占有核心地位。

（3）管理層。利用上位機(jī)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控整體煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)，讓設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)得以獲取，讓工況數(shù)據(jù)得到采集、處理，并對(duì)控制指令予以有效下達(dá)，讓現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)工藝流程得到顯示。除此之外，管理層還可以對(duì)共享數(shù)據(jù)庫(kù)資源進(jìn)行管理、存儲(chǔ)與更新。

2 煤礦主運(yùn)輸皮帶故障智能診斷與保護(hù)

2.1 整體概況

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，煤礦主運(yùn)輸皮帶的故障診斷占有重要地位，其主要組成部分包含了信號(hào)處理、信號(hào)檢測(cè)單元、分析單元以及控制單元等，在檢測(cè)單元中，主要包含了傳感器單元以及繼電器單元，除此之外，還融合了報(bào)警部分、數(shù)字顯示部分。檢測(cè)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

結(jié)合圖1，此種故障檢測(cè)結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)只依靠繼電器的檢測(cè)方法存在著一定差異，可以避免漏判、誤判情況的出現(xiàn)，可以讓煤礦故障診斷系統(tǒng)智能水平得到有效提升。在煤礦主運(yùn)輸皮帶的運(yùn)行過(guò)程中，因?yàn)樨?fù)載、皮帶速度、溫度等一系列特征向量的變化，可能會(huì)出現(xiàn)斷帶、打滑、過(guò)負(fù)荷、跑偏等問(wèn)題，因此，在本系統(tǒng)中，電機(jī)電流、皮帶速度以及溫度為主要檢測(cè)參數(shù)。設(shè)x1、x2可以分別表示速度、負(fù)載，y為皮帶故障信號(hào)，那么y=f（x1，x2）。通過(guò)檢測(cè)故障產(chǎn)生的多種特征因素，并對(duì)控制算法予以調(diào)用，可以讓故障預(yù)判斷工作得以實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)PLC進(jìn)行有效利用，可以依照所判斷結(jié)果對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，并執(zhí)行一系列動(dòng)作，如聲光報(bào)警等[2]。

2.2 具體功能

2.2.1 打滑檢測(cè)和保護(hù)

主運(yùn)輸皮帶傳送工作需要依靠摩擦力開(kāi)展，而在帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，打滑這一問(wèn)題較為常見(jiàn)，皮帶打滑會(huì)讓膠帶受到磨損，同時(shí)會(huì)讓緊邊拉力沖擊松邊，膠帶可能會(huì)因?yàn)槠诙霈F(xiàn)斷裂現(xiàn)象。除此之外，皮帶打滑也可能會(huì)引起火災(zāi)事故。設(shè)滾筒、膠帶摩擦系數(shù)為，在滾筒上膠帶圓周角為，那么在正常運(yùn)行狀態(tài)下，緊邊拉力和傳動(dòng)圓周力F關(guān)系為：

（1）

結(jié)合公式（1），在一段時(shí)間的運(yùn)行結(jié)束后，因?yàn)槟z帶具有塑性變形，可能會(huì)降低張緊力，減小圓周角與摩擦系數(shù)，如果有負(fù)荷、動(dòng)力變動(dòng)情況出現(xiàn)，就會(huì)造成打滑。因此，通過(guò)對(duì)皮帶負(fù)載大小、線速度情況進(jìn)行檢測(cè)，可以明確皮帶是否打滑。如果有打滑情況出現(xiàn)，那么需要向皮帶輸出控制回路信號(hào)，讓皮帶停機(jī)，讓堵煤情況的出現(xiàn)得到有效避免。

針對(duì)皮帶尾輪，其檢測(cè)裝置如圖2所示。

結(jié)合圖2，將兩塊檢測(cè)感應(yīng)板焊接在皮帶尾輪一端平面，依照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際距離，將感應(yīng)開(kāi)關(guān)安裝在靠近輪側(cè)。感應(yīng)板和感應(yīng)開(kāi)關(guān)之間呈一定角度，如果有傳動(dòng)輪打滑情況產(chǎn)生，尾輪停轉(zhuǎn)，那么在一塊感應(yīng)板和接近開(kāi)關(guān)停留于一直線時(shí)，另一感應(yīng)板和接近開(kāi)關(guān)之間依然有夾角存在?？梢源_保尾輪停轉(zhuǎn)現(xiàn)象可以得到及時(shí)反映。同時(shí)，應(yīng)確保安裝兩塊檢測(cè)感應(yīng)板時(shí)具有一定角度，確保停轉(zhuǎn)信號(hào)可以得到有效接收。

2.2.2 跑偏、過(guò)負(fù)荷檢測(cè)和保護(hù)

（1）兩側(cè)長(zhǎng)度不同。在主運(yùn)輸皮帶滾筒兩側(cè)線速度一致前提下，因皮帶材質(zhì)、展延各異、接頭膠接不正等原因，皮帶兩側(cè)如果長(zhǎng)度不同，那么在運(yùn)動(dòng)中，皮帶長(zhǎng)的一側(cè)會(huì)出現(xiàn)吸收不全面情況，進(jìn)而導(dǎo)致皮帶內(nèi)部張力分布出現(xiàn)不均衡情況。滾筒、托輥、皮帶運(yùn)動(dòng)方向有角度產(chǎn)生，會(huì)讓皮帶出現(xiàn)跑偏情況。（2）兩側(cè)所受張力不同。如果皮帶兩側(cè)所受張力不同，其內(nèi)應(yīng)力分布均勻性就會(huì)受到影響，舒張變形產(chǎn)生差異，滾筒運(yùn)動(dòng)線速度方向以及皮帶運(yùn)動(dòng)方向會(huì)有角度出現(xiàn)，進(jìn)而出現(xiàn)跑偏情況。如皮帶所受清掃器摩擦力不均衡、落煤點(diǎn)位置偏差、輸送皮帶局部損傷等情況都會(huì)導(dǎo)致這一問(wèn)題出現(xiàn)。（3）側(cè)向合外力作用。因?yàn)橹虚g支架中心線不正、滾筒安裝不規(guī)范、托輥中心和兩側(cè)存在偏差、輸送皮帶成槽性不佳以及滾筒和皮帶不垂直等現(xiàn)象，會(huì)讓側(cè)向合外力作用出現(xiàn)。進(jìn)而讓皮帶出現(xiàn)側(cè)向位移，產(chǎn)生跑偏現(xiàn)象。

為對(duì)此類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行有效解決，可以將跑偏開(kāi)關(guān)安裝在皮帶兩旁機(jī)架處，如果皮帶和正常位置產(chǎn)生偏離，在皮帶帶動(dòng)下，跑偏開(kāi)關(guān)塑料軸轉(zhuǎn)動(dòng)，有一定角度偏轉(zhuǎn)，如果轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)設(shè)定角度，就會(huì)讓其內(nèi)部出現(xiàn)開(kāi)關(guān)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合現(xiàn)象，讓控制回路得以接通，進(jìn)而及時(shí)報(bào)警，并讓跑偏位置開(kāi)關(guān)信息得以顯示。控制其得到信息反饋，可以有效調(diào)整托輥組以及滾筒運(yùn)行狀態(tài)和皮帶運(yùn)行方向。