煤礦強力皮帶在線監(jiān)測技術(shù)及應用

殷慧

摘要：煤礦強力皮帶在線監(jiān)測系統(tǒng)以 PLC可編程控制器為核心，采用X射線投射，對強力皮帶進行損傷檢測、定位和分析，皮帶檢測人員可直接查看分析結(jié)果及損傷部分的圖像。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對強力皮帶運輸系統(tǒng)的在線監(jiān)測監(jiān)控，可減少強力皮帶故障率，提高煤礦生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：在線監(jiān)測；強力皮帶；X射線；數(shù)據(jù)分析

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）23-5551-02

杜兒坪礦強力皮帶運輸系統(tǒng)采用ST/S3150 型皮帶輸送機，作為煤礦企業(yè)關(guān)鍵的連接運輸設備，具有長距離、大運量、連續(xù)運輸?shù)葍?yōu)點，主要負責將井下煤炭輸送至地面排矸車間，是我礦高效開采的關(guān)鍵設備。隨著建設數(shù)字化礦山的發(fā)展，以實現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效的目標，對煤礦生產(chǎn)、運輸設備的在線監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)提出了新的要求。為保障帶式輸送機在井下安全運行，杜兒坪礦引進了強力皮帶在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用PLC可編程控制器為核心，將控制信號和通訊信號上傳至電力調(diào)度中心，對強力皮帶進行損傷檢測、定位和分析，皮帶檢測人員可直接查看分析結(jié)果及損傷部分的圖像，實現(xiàn)遠程操作、實時顯示、視頻監(jiān)控、自動報警和故障判斷的功能，具有煤倉高、低煤位保護、機頭下堆煤保護、皮帶打滑、雙向急停、撕裂、跑偏、超溫、灑水、煙霧、皮帶張力等多種保護。皮帶檢測人員可實時在PC顯示屏上查看強力皮帶的運轉(zhuǎn)情況，并具備遠程視頻監(jiān)控監(jiān)測。

1 系統(tǒng)組成及技術(shù)參數(shù)

1.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由智能分析計算機、本安型CT透射采集箱、隔爆兼本安型CT透射發(fā)射箱、隔爆兼本安型CT透射控制箱、礦用地面?zhèn)鬏斀涌诘炔糠謽?gòu)成。

1.1.1 射線箱

射線箱產(chǎn)生射線束并投射在皮帶上。設備采用世界領(lǐng)先的射線源，在射線強度和方向上進行了創(chuàng)新，解決了X光圖像灰度分布不均勻性的問題。設備還采用X射線防護箱，將設備周圍的輻射降低到最小程度，充分保證了設備周圍的人員和環(huán)境安全。

1.1.2 采集箱

采集箱通過光電傳感器采集射線箱發(fā)出的穿透皮帶后的射線信號，先將其轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號，再通過高速A/D將模擬電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)處理器編碼后存儲，在接收到上傳命令后，將數(shù)據(jù)以規(guī)定信號格式發(fā)送至控制箱。

1.1.3 控制箱

控制器將采集到的信號以規(guī)定格式經(jīng)指定傳輸接口發(fā)送至PC并接收PC指令實現(xiàn)控制，實現(xiàn)電源控制通斷、電壓轉(zhuǎn)換，設備狀態(tài)監(jiān)測和信號傳輸功能。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

1） 系統(tǒng)電源電壓：可使用交流127V/220V/660V/1140V；

2） 實時效應應滿足要求，小于30毫秒；

3） 信號傳輸方式：用光纖及專業(yè)傳輸接口或井下現(xiàn)有以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸；

4） 采集方式：X射線實時在線監(jiān)測系統(tǒng)，判斷準確率達到100%，。

5） 傳輸協(xié)議：采用TCP/IP協(xié)議。

2 系統(tǒng)安裝

設備適宜安裝在靠近機頭附近的下皮帶上，安裝環(huán)境隨皮帶種類、皮帶尺寸、位置、地形條件的不同而變化。系統(tǒng)設備組成全部模塊化，可以任意組合模塊，任意調(diào)節(jié)距離來安裝。安裝示意圖如圖1所示。

系統(tǒng)配備全功能支架，支架滑輪可以直接將設備推入下皮帶， 調(diào)節(jié)上下、左右方向距離來適應不同皮帶間距和周圍環(huán)境。

3 系統(tǒng)功能

3.1 遠程檢測與控制

強力皮帶在線監(jiān)測系統(tǒng)采用PLC可編程控制器為核心，通訊距離40㎞長，具有較強的通訊能力和可擴展性。系統(tǒng)可實現(xiàn)逆煤流延時順序啟車，順煤流延時順序停車。操作人員無需到現(xiàn)場，在控制室操作軟件即可完成監(jiān)視設備各保護狀態(tài)、控制開關(guān)射線和采集皮帶運行圖像等操作，完成對皮帶的在線監(jiān)測。啟動皮帶檢測有自動定時啟動和人工啟動兩種方式。對于嚴重的損傷，可以與皮帶控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)進行遠程緊急停機，通過組網(wǎng)可實現(xiàn)地面遠程集中開停皮帶。檢測時，無需減速和停機，實現(xiàn)真正的在線檢測。

3.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸

采集箱對射線箱發(fā)出的X射線同步進行數(shù)據(jù)采集，并通過光纜及快速傳輸接口或現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_PC中。系統(tǒng)采集皮帶的運行和保護狀態(tài)（煤倉高、低煤位、跑偏、斷帶、打滑、超速、超溫、灑水、皮帶張力、急停、煙霧、堆煤等保護以及電機與電器的過載、短路和超溫保護），能提供電機及變頻器保護，并可將皮帶機的整個運行狀態(tài)提供給電力調(diào)度的監(jiān)控系統(tǒng)。

3.3 數(shù)據(jù)分析與計算

系統(tǒng)對包括斷裂、生銹腐蝕等各類損傷進行細微觀察，精確定位識別到的每個損傷，采用新理論計算方法，計算皮帶的平均速度，確定損傷位置信息。根據(jù)采集數(shù)據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合相關(guān)規(guī)定，分析計算皮帶強度，分析皮帶的厚度和運行情況以及鋼絲繩受損情況。具體功能包括精確測算皮帶任意兩點距離、皮帶損傷自動分析并列出皮帶損傷點，皮帶、鋼絲斷裂檢測和定位，鋼絲接頭移位檢測和分析，鋼絲生銹腐蝕檢測和定位，精確定位任意異常區(qū)域在實際皮帶中的位置。

3.4 圖像再現(xiàn)與分析

系統(tǒng)可將強力皮帶運行狀態(tài)以圖像再現(xiàn)形式在電腦屏幕實時顯示。通過操作軟件，既可以看到整部皮帶的總體運行狀況，又可觀察皮帶每一部位的問題細節(jié)。軟件采用圖像分析技術(shù)及圖像偽彩顯示技術(shù)，用不同顏色分離顯示鋼絲和膠帶圖像，便于查看皮帶圖像的細微變化及受損情況。皮帶損傷報告提供皮帶損傷部位多次皮帶圖像并在圖像中標示出損傷點，可通過對比顯示進行回看，雙擊圖像中任何一個損傷都能放大顯示對應的損傷圖像，再現(xiàn)皮帶內(nèi)部細節(jié)，便于查看。

3.5 自動報警與數(shù)據(jù)存儲

當出現(xiàn)跑偏、斷帶、撕裂、打滑、超速、超溫以及電機與電器的過載、短路等情況或采集數(shù)據(jù)大于系統(tǒng)設定值時，會自動實現(xiàn)聲光報警，報警后系統(tǒng)自動啟動故障停車保護及故障自鎖。采集的皮帶數(shù)據(jù)及軟件生成的損傷報告、皮帶運行過程錄像可完整地存儲到硬盤或定期備份到其它位置，以便今后處理問題時查看調(diào)用。

4 結(jié)束語

強力皮帶在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測鋼絲繩芯輸送機發(fā)生的跑偏、打滑、撕裂、斷裂、抽動等故障情況，方便工作人員實時檢測和觀測輸送機運行狀態(tài)，報警系統(tǒng)可以提醒監(jiān)控人員輸送機發(fā)生故障，在線監(jiān)測并準確判斷輸送機發(fā)生故障的位置，可以準確、實時地對鋼絲繩芯輸送機接頭及局部損傷進行在線監(jiān)測、分析，并提供準確的損傷依據(jù)，便于及時組織檢修，為防止斷帶事故的發(fā)生提供了保障，提高煤礦生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)連續(xù)性，具有很高的經(jīng)濟效益和社會效益。目前強力皮帶運輸系統(tǒng)廣泛應用于礦井斜井運輸，其運行狀態(tài)直接影響煤礦安全、連續(xù)生產(chǎn)，對強力皮帶運輸系統(tǒng)進行在線監(jiān)測，可減少故障率，提高煤礦生產(chǎn)效率，可廣泛應用于煤礦斜井運輸系統(tǒng)中。

參考文獻：

[1] 劉小剛，李保山. 681機巷掘進運輸系統(tǒng)聯(lián)鎖集中控制的實踐[J].江西煤炭科技，2012（2）：44-45.

[2] 張紹江.電力保護監(jiān)控系統(tǒng)的應用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（10）：168.