带式输送机运行综合监控系统研究

梁冠群

（山西汾西瑞泰正中煤业有限公司，山西 灵石 031300）

引言

确保带式输送机高效运行对矿井效益具有重要意义[1-2]。但是受到井下环境恶劣、带式输送机负载带以及运输距离长等因素影响，输送机工作期间会出现跑偏、打滑、温度异常以及剧烈振动等故障情况，从而制约煤炭运输安全[3-5]。因此，有必要监测带式输送机运行，实现带式输送机故障预警及排除。文章针对带式输送机运行过程中常见问题，从监控方案、变频器以及通信环网系统等方面对提出的综合监控系统进行分析，以期提升带式输送机运行保障能力。

1 带式输送机运行综合监控系统结构

监控系统主要用以对带式输送机运行状态监测并对故障进行预警，确保带式输送机可靠运行[6-7]。结合现有带式输送机监控系统特点，文中提出的综合监控系统结构包括设备层、控制层、管理层等构成，具体结构见图1。

图1 综合监控系统结构

设备层设备包括传感器及相关执行设备，主要用以对故障点参数以及带式输送机各部件运行参数监测，并及时上传带式输送机运行过程中监测获取到的温度升高、跑偏、打滑、剧烈振动等信号；控制层是整个监控系统的核心处理中心，设备包括监控分站、PLC 主站、防爆箱等，主要功能包括监测信号分析处理、逻辑运算、现场数据显示、故障保护等；管理层包括上位机及内嵌控制软件，用以管理整个监控系统运行并依据监测结果发出控制指令，显示各个监测设备监测参数并存储监测数据。通过监控系统各个组成环节相互配合，可实现对带式输送机运行的综合监控。

2 综合监测系统功能

2.1 跑偏保护功能

煤矿井下带式输送机运行距离长，在运输过程中某一时间段受到离心力作用时即会导致输送带偏移出运输中线，导致输送带发生跑偏。引起输送带跑偏故障因素众多，归结起来主要有以下几点：

1）输送机滚筒（驱动、转向等）运行过程中出现位移偏差；

2）输送带在运行期间受到运输物料的较大冲击，在冲击偏移力作用下导致输送带跑偏；

3）皮带输送机安装精度偏低，安装位置出现较大偏差；

4）输送机皮带或者滚筒上黏附有大量异物、托辊掉落等。

输送机出现跑偏不仅会影响输送皮带使用寿命，增加运送物料洒落量，而且严重时会导致运输事故发生。因此，在综合监控系统中设计跑偏保护装置，当发现输送带跑偏严重时会发出预警信号并停止运行带式输送机，以便降低跑偏对带式输送机运输的影响。

2.2 输送带打滑保护功能

带式输送机长时间、重载荷工作期间，受到外界环境因素、输送带磨损以及滚筒表层磨损等因素影响，输送带与滚筒间摩擦会有所降低，当输送带受到的张紧力较小时容易导致输送带与滚筒间出现打滑问题。输送机出现打滑不仅会增加输送带及滚筒磨耗，而且导致局部问题显著增加，甚至出现引燃附近煤炭、瓦斯爆炸等事故。因此，在综合监控系统中对打滑故障进行监控，具体通过速度传感器监测输送带与滚筒速度，当发现输送机出现打滑现象时，监控系统会报警并停止运行带式输送机。

3 带式输送机综合监控系统设计

3.1 系统结构设计

综合监控系统充分利用井下带式输送机现有的监控设备，在原有的带式输送机控制系统中增设监控上位机、PLC 控制主站、网络交换机等设备，并利用已有的工业以太网连接PLC 控制器、地面调度中心。在PLC 控制主站下布置3 个监测分站（分别为1号集控分站、2 号煤仓顶分站及3 号井底防爆箱分站），监测分站用以数据处理、传输以及带式输送机运行控制，具体硬件组成如图2 所示。

图2 综合监控系统硬件组成

在带式输送机两侧位置安装温度、速度、跑偏等各类传感器，具体传感器类型为：跑偏传感器GEJ25-40、速度传感器GSC-200/1000、串联式触点开关KHJ24、温度传感器GW50A（G）等，可实现带式输送机运行综合监控。

上位机、PLC 用以太网连接，PLC 主站与分站间采用Profinet 通信，从而提高通信效率。

3.2 通信网络

在带式输送机综合监控系统中布置一个PLC主站、3 个监测分站，主站与分站间采用Profinet 通信。为确保通信系统可靠运行，在监控系统各个设备间布置两光两电交换机，通过光电相互转换实现冗余通信网络，具体通信系统结构见图3 所示。在通信环网系统中，主站先与百兆交换机连接，之后再与千兆交换机连接，最后将监测信号传输给调度中心，从而实现PLC 主站与监控中心间正常信息通信。

图3 通信系统结构

4 现场应用效果分析

将综合监测系统应用到山西某矿主斜井带式输送机运行监测中，该斜井采用的带式输送机型号为TD75 型、输送带宽度1 400 mm、额定运行速度3.6 m/min，运输长度1 206 m。将综合监控系统融合到带式输送机原有监控系统后，经过为期5 个月调试，可实现综合监控系统可靠运行。

综合监控可始终保持平稳运行，可对输送机运行过程中出现的打滑、跑偏、剧烈振动等故障信息进行检查并及时预警，当故障达到一定程度后即自动紧急停止带式输送机运行。现场应用发现，在综合监控系统应用区间，带式输送机故障发生率降幅达到60%，输送机故障维修耗时缩短70%以上，预计每年可降低输送机故障维护以及设备更换费用约2.5 万元。在斜井带式输送机上使用的综合监控系统取得较好的应用效果，并获得现场人员一致好评，建议将该综合监控系统推广应用到矿井其他带式输送机上。

5 结语

对现阶段矿井带式输送机使用过程中常见问题进行分析，并对带式输送机运行综合监测系统展开研究。主要对综合监控系统结构方案、通信系统进行分析并将文中所提综合监测系统在山西某矿主斜井TD75 带式输送机上进行工业应用。现场应用表明，文中所提综合监控系统运行平稳，可增强带式输送机故障排查能力以及预警能力，大幅降低带式输送机故障发生率及后续维修耗时，预计可节省主斜井带式输送机维修费用约2.5 万元/年。现场应用效果获得现场人员的一致好评，文中所提带式输送机综合监测系统具有一定的推广价值。