煤礦主運輸皮帶故障智能診斷與保護研究

惠凱衛(wèi)

摘 要：煤礦主運輸皮帶故障智能診斷與保護研究工作的開展對于煤礦安全平穩(wěn)生產(chǎn)具有重要意義。本文首先對煤礦皮帶運輸系統(tǒng)作出簡要闡述，然后結(jié)合實際情況，對煤礦主運輸皮帶故障智能診斷與保護進行有效分析，希望可以對業(yè)內(nèi)起到一定參考作用。

關(guān)鍵詞：煤礦;主運輸皮帶故障;智能診斷;保護措施

中圖分類號：TD528 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）19-0163-02

1 煤礦皮帶運輸系統(tǒng)概述

煤礦皮帶運輸系統(tǒng)主要包含了故障監(jiān)控、煤炭運輸以及設(shè)備保護等多個部分，利用集中控制系統(tǒng)，可以對煤炭運輸過程中的環(huán)境參數(shù)、運行工況、設(shè)備狀態(tài)以及供電參數(shù)、工作方式予以有效監(jiān)測、科學控制。煤礦皮帶運輸系統(tǒng)本身具有獨立性，可以和煤礦自動化綜合系統(tǒng)平臺進行對接，系統(tǒng)本身融入了工業(yè)控制技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化技術(shù)以及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用傳感器可以有效保護在皮帶機基礎(chǔ)上的一系列運輸系統(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，進而完成數(shù)據(jù)信息處理工作。對于工業(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，進而讓工作人員了解當前運輸系統(tǒng)整體狀態(tài)，以進行正確操作、有效控制。一般情況下，該系統(tǒng)可以分為以下幾個主要部分：

（1）設(shè)備層。主要包含了對系統(tǒng)具有保護功能的傳感器以及其他執(zhí)行設(shè)備，可以采集系統(tǒng)運行動作以及故障點等相關(guān)參數(shù)，讓其狀態(tài)得到科學反應(yīng)，實現(xiàn)皮帶啟停、故障處理、聲光報警等動作。并讓管理層、控制層得到信息的及時反饋[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，可以對多種傳感器數(shù)據(jù)信息進行有效采集，可以針對數(shù)據(jù)信息開展邏輯運算、信息處理、信息轉(zhuǎn)換、故障保護、指令操作以及信息顯示等工作，利用程序指令，可以進行科學判斷，在遠程集中控制系統(tǒng)中，控制層占有核心地位。

（3）管理層。利用上位機，可以實時監(jiān)控整體煤礦運輸系統(tǒng)，讓設(shè)備運行狀態(tài)得以獲取，讓工況數(shù)據(jù)得到采集、處理，并對控制指令予以有效下達，讓現(xiàn)場動態(tài)工藝流程得到顯示。除此之外，管理層還可以對共享數(shù)據(jù)庫資源進行管理、存儲與更新。

2 煤礦主運輸皮帶故障智能診斷與保護

2.1 整體概況

在自動控制系統(tǒng)中，煤礦主運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處理、信號檢測單元、分析單元以及控制單元等，在檢測單元中，主要包含了傳感器單元以及繼電器單元，除此之外，還融合了報警部分、數(shù)字顯示部分。檢測結(jié)構(gòu)如圖1所示。

結(jié)合圖1，此種故障檢測結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)只依靠繼電器的檢測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。在煤礦主運輸皮帶的運行過程中，因為負載、皮帶速度、溫度等一系列特征向量的變化，可能會出現(xiàn)斷帶、打滑、過負荷、跑偏等問題，因此，在本系統(tǒng)中，電機電流、皮帶速度以及溫度為主要檢測參數(shù)。設(shè)x1、x2可以分別表示速度、負載，y為皮帶故障信號，那么y=f（x1，x2）。通過檢測故障產(chǎn)生的多種特征因素，并對控制算法予以調(diào)用，可以讓故障預(yù)判斷工作得以實現(xiàn)，通過對PLC進行有效利用，可以依照所判斷結(jié)果對電機進行控制，并執(zhí)行一系列動作，如聲光報警等[2]。

2.2 具體功能

2.2.1 打滑檢測和保護

主運輸皮帶傳送工作需要依靠摩擦力開展，而在帶式輸送機運行過程中，打滑這一問題較為常見，皮帶打滑會讓膠帶受到磨損，同時會讓緊邊拉力沖擊松邊，膠帶可能會因為疲勞而出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。除此之外，皮帶打滑也可能會引起火災(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，那么在正常運行狀態(tài)下，緊邊拉力和傳動圓周力F關(guān)系為：

（1）

結(jié)合公式（1），在一段時間的運行結(jié)束后，因為膠帶具有塑性變形，可能會降低張緊力，減小圓周角與摩擦系數(shù)，如果有負荷、動力變動情況出現(xiàn)，就會造成打滑。因此，通過對皮帶負載大小、線速度情況進行檢測，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，讓皮帶停機，讓堵煤情況的出現(xiàn)得到有效避免。

針對皮帶尾輪，其檢測裝置如圖2所示。

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

2.2.2 跑偏、過負荷檢測和保護

（1）兩側(cè)長度不同。在主運輸皮帶滾筒兩側(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)如果長度不同，那么在運動中，皮帶長的一側(cè)會出現(xiàn)吸收不全面情況，進而導(dǎo)致皮帶內(nèi)部張力分布出現(xiàn)不均衡情況。滾筒、托輥、皮帶運動方向有角度產(chǎn)生，會讓皮帶出現(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)力分布均勻性就會受到影響，舒張變形產(chǎn)生差異，滾筒運動線速度方向以及皮帶運動方向會有角度出現(xiàn)，進而出現(xiàn)跑偏情況。如皮帶所受清掃器摩擦力不均衡、落煤點位置偏差、輸送皮帶局部損傷等情況都會導(dǎo)致這一問題出現(xiàn)。（3）側(cè)向合外力作用。因為中間支架中心線不正、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，會讓側(cè)向合外力作用出現(xiàn)。進而讓皮帶出現(xiàn)側(cè)向位移，產(chǎn)生跑偏現(xiàn)象。

為對此類問題進行有效解決，可以將跑偏開關(guān)安裝在皮帶兩旁機架處，如果皮帶和正常位置產(chǎn)生偏離，在皮帶帶動下，跑偏開關(guān)塑料軸轉(zhuǎn)動，有一定角度偏轉(zhuǎn)，如果轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動超過設(shè)定角度，就會讓其內(nèi)部出現(xiàn)開關(guān)常開觸點閉合現(xiàn)象，讓控制回路得以接通，進而及時報警，并讓跑偏位置開關(guān)信息得以顯示?？刂破涞玫叫畔⒎答?，可以有效調(diào)整托輥組以及滾筒運行狀態(tài)和皮帶運行方向。