皮带机故障监测系统设计

安徽理工大学 姚 峰

该故障监测系统的主要目的：利用不断地测试，然后结合相关的控制理论形成一个体系，从而建立起一个完整的煤矿皮带运输机的故障监测系统，该系统可以对带速监测、也可以监测皮带是否过载、皮带是否打滑、皮带是否有划伤以及是否有断带情况的出现，于此同时，它也能监测皮带机中的联轴器是否断开、皮带是否跑偏，而烟雾、温度等有关参数的检测也能同步进行并且能及时地对相应故障做出预警，从而减少事故的发生。

1 系统功能

本皮带生产监控系统由防爆电脑、矿用显示器、各分站控制箱，各类保护传感器、语音电话、控制电缆等主要设备。

该系统把主站的PLC以及分站当作主干，并额外添加了语音通讯，视频监控，雷达物位监测等模块，可以完成自动控制。也可以让主控PLC、人机接口模块以及现场设备模块之间实现通讯并产生联系，这样就能让整个带式传输机器实现集中控制。其中，控制PLC选用高性能可编程控制器，该PLC控制箱可通过工业以太网与矿井综合自动化系统进行联网使用。

2 系统详细设计方案

现依据XX矿的井下带式输送机运输故障监测系统的目前情况，具体从现场煤矿运输监控系统、煤矿图像监视系统、矿用广播通信系统和雷达物位监测装置等四个系统模块进行进一步设计。

2.1 煤矿运输监控系统设计

2.1.1 系统功能

（1）数据采集功能

控制系统应能对生产系统运行设备的各种参数进行实时采集并上传至主机。主要数据包括模拟量和数字量两类。细分为如下部分：

模拟量参数据主要有：胶带输送机速度、电机温度、电流等；

数字量参数主要有：生产系统各运行设备的起停状态等；

（2）监测保护功能

该系统可以对像速度、温度、电流等这样的连续量进行检测。也可以利用对速度传感器信号情况的测试，进行皮带打滑、皮带过速、皮带欠速和断带保护。该系统也能够对电机的轴承、绕组，滚筒的温度等进行检测与显示。

2.1.2 传感器的安装与调试

速度传感器：速度传感器的磁钢需要被安装到从动滚筒的一边，并且需要被固定在从动滚筒的上方，而速度传感器则需要被钉固在皮带机的机架上，其感应端则需要对着磁钢的方向且距磁钢5～10mm远的距离固定。

温度传感器：温度传感器需要被安装在皮带机的主动滚筒和皮带接触面的旁边，而温度探头需要被悬挂在皮带机的主滚筒和皮带接触面的5～10cm处。

煤位传感器：煤位传感器需要被安装在煤仓上面的合适的位置。

烟雾传感器：烟雾传感器需要被安装在主动滚筒上面的下风口的位置。纵撕传感器：纵撕传感器需要被安装在给煤机前面的适当位置。跑偏传感器：跑偏传感器需要被安装在机头和机尾的适当位置，或者按照从头到尾一百米一对的方式进行安装。

拉线开关：拉线开关需要被安装在皮带机架的人行一侧，安装方式是一种按照从机头到机尾每一百米安装一只的方法，并且要把所有的拉线开关都用钢丝绳连接。安装图如图1所示。

图1 传感器安装示意图

2.2 煤矿图像监视系统

可以利用视频摄像仪去采集现场的图像信息，同时利用光纤通讯介质把它上传到集控室，这样的情况下，可以配合工况图可以直观方便对皮带机和给煤机进行控制，进一步提高了系统的可靠性。在井下每条皮带机机头、机尾及给煤机上下口等重要部位安装摄像仪，采集重要设备的运行状态，并将视频画面上传至地面显示屏；达到操作人员对井下皮带机、给煤机等的操作，实现井下无人值守，从而实现自动化减人、提高生产效率、降低人员成本等目的。

根据井下现场情况，在井下主运皮带机设置多处监控点，光纤摄像仪KBA176采用海康威视机芯，摄像仪采用光纤级联方式接入环网交换机上传至地面集控室；集控中心设置一台海康威视硬盘录像机和一台视频监控主机，对现场视频画面进行录像、查询、显示。如图2所示。

图2 煤矿图像监视系统

2.3 矿用广播通信系统

前端的部分：该系统的井下部分主要由矿用本安型广播分站、电源等成分组成；他们主要用于与地面广播主机对讲，同时也可以和区域内其它广播分站对讲，主要用于地面广播，当皮带机发生故障时，相关人员可以利用该系统进行通告。

传输所用的设备：传输平台主要是利用环网交换机，它的好处就是可以让矿上现有网络平台可以轻松实现对接，从而能够实现远距离的传输，避免线缆的过度使用。

在中心控制的设备：该部分主要是由广播主机、地面语音网关等部分组成，他们的职责主要是发生紧急情况时候的指挥、并且记录广播分站信息和对讲录音，也可以实现地面信号与井下信号转换传输并且查看井下矿用本安型广播、显示屏在线状态等。同时也可实现话机调度对讲。其设计方案如图3所示。

图3 矿用广播通信系统

2.4 ZUL70矿用雷达物位监测装置

矿用雷达物位检测装置的设计如图4所示。

图4 矿用雷达物位监测装置

总结：本篇文章主要从现场煤矿运输监控系统、煤矿图像监视系统、矿用广播通信系统和雷达物位监测装置等四个模块加以设计，建立起一个完整的煤矿皮带运输机的故障监测系统，该系统可以对带速监测、也可以监测皮带是否过载、皮带是否打滑、皮带是否有划伤以及是否有断带情况的出现，于此同时，它也能监测皮带机中的联轴器是否断开、皮带是否跑偏，而烟雾、温度等有关参数的检测也能同步进行并且能及时地对相应故障做出预警，从而减少事故的发生。