電氣自動化畢業(yè)論文礦用帶式輸送機保護裝置的技術現(xiàn)狀分析

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1、 礦用帶式輸送機保護裝置的技術現(xiàn)狀分析 礦用帶式輸送機保護裝置的技術現(xiàn)狀分析 王 鵬1，李尊衷2，王哲華3( 1． 蘇州經(jīng)貿職業(yè)技術學院 機電系，江蘇 蘇州 215031;2． 皖北煤電公司 錢郢孜煤礦，安徽 宿州 235000； 3． 宿州科力電器有限公司，安徽 宿州 235000)摘 要: 帶式輸送機保護裝置是礦用帶式輸送機高效、安全運行的重要保證。根據(jù)控制部件和技術不同，帶式輸送機保護裝置典型形式有模擬電路和繼電器構成的保護裝置、智能芯片為核心的保護裝置，以 PLC 為核心的保護監(jiān)控系統(tǒng)及各類單一功能的保護儀器。保護裝置千差萬別，但前端檢測方

2、法大同小異。對打滑檢測、堆煤檢測、跑偏檢測、溫度檢測、煙霧檢測和皮帶縱向撕裂檢測的原理、特點、傳感器安裝作了詳細分析。 關鍵詞: 保護裝置; 帶式輸送機; 煤礦; 檢測技術 1 文獻標志碼: B 文章編號: 1003 － 496X( 2011) 04 － 0163 － 04近年來我國煤礦開采技術有了很大進步，采掘機械化程度迅速提高，對運輸系統(tǒng)及其配套裝置也提出迫切需求〔1〕。為保證煤礦井下帶式輸送機的安全運行，《煤礦安全規(guī)程》明確規(guī)定: “采用滾筒驅動帶式輸送機運輸時，必須裝設驅動滾筒防滑保護、堆煤保護和防跑偏裝置; 應裝設溫度保護、煙霧保護和自動灑水裝置”〔2〕。在信息技術發(fā)展的引

3、領下，近年來帶式輸送機保護裝置得到迅猛的發(fā)展。各生產(chǎn)廠家和科研院所相繼研制出多種類型和功能的保護裝置。 1 帶式輸送機保護裝置的典型形式帶式輸送機保護裝置配套不同類型的傳感器組成各種功能的控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)打滑保護、煙霧保護、溫度保護、堆煤保護等多種保護功能。核心部件多是由硬線邏輯電路、運算放大器、CMOS 集成電路、單片機、PLC 等構成。因各廠家采用的技術不同，具體性能、結構形式差別較大。 1． 1 模擬電路和繼電器構成的保護裝置傳統(tǒng)的膠帶機綜合保護器多采用這種類型。如曾獲得原能源部科技進步三等獎的 PZB － J1 帶式輸送機綜合保護監(jiān)控儀，具備綜合保護、集中控制、通訊等三大功能，

4、工作可靠、安裝方便〔3〕。整個裝置采用模塊式結構，分成隔爆型電源及執(zhí)行模塊、本質安全型主控模塊、本質安全型傳感器模塊、本質安全型超溫自動灑水模塊等。 這類裝置控制功能靈活，既可以實現(xiàn)單臺控制，又可實現(xiàn)對多臺帶式輸送機系統(tǒng)的集中控制。保護裝置還可設置通訊聯(lián)絡功能，通過揚聲器與沿線人員聯(lián)系; 通過在變壓器電源側加裝半波整流電路和繼電器，使閉鎖電路和啟動電路分開，可增強防違章操作閉鎖功能〔4〕。 1． 2 智能芯片為核心的保護裝置這類保護裝置多是以單片機、DSP( 數(shù)字信號處理芯片) 、可編程邏輯器件等智能控制芯片為核心設計，對帶式輸送機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)手動、自動啟?？刂疲瑴囟?、速度、

5、堆料、跑偏、膠帶撕裂等保護，及煙霧、CO 濃度超限報警及自動灑水等。 這類裝置間的數(shù)據(jù)通訊多采用 RS － 485 串行總線進行，可上傳到主控室的煤礦集中監(jiān)控系統(tǒng)中。 基于工業(yè)總線的分布式控制系統(tǒng)也開始出現(xiàn)，如某種帶式輸送機分布式智能控制系統(tǒng)以 DSP 為核心構成控制節(jié)點，每個節(jié)點都具有 CAN 總線接口。通過 CAN 總線進行監(jiān)測信號、控制信號和保護信號的傳輸〔5〕。但總體來看，這類保護裝置仍屬于 DAS 系統(tǒng)( 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)) ，雖有簡單的控制功能，信號采集、監(jiān)測仍是其主要任務。 1． 3 以 PLC 為核心的保護監(jiān)控系統(tǒng)PLC 組成的監(jiān)控系統(tǒng)可靠性高、使用方便，能適應帶式輸送機復雜多

6、樣的控制和保護要求。因此出現(xiàn)了很多以 PLC 為控制部件的帶式輸送機保護監(jiān)控系統(tǒng)。 典型的 PLC 保護監(jiān)控系統(tǒng)由電氣控制部分、保護用傳感器及計算機終端組成〔6〕。其中 PLC 是控制核心，與外圍傳感器配合，按一定保護策略對輸送機運行實施保護和控制; 各種傳感器直接或間接連接到 PLC 上提供輸入信號( 基本為開關量信號) ，PLC 通過程序完成信號的采集、比較、報警、直接控制等; 計算機終端是客戶監(jiān)控端( 上位機) ，用戶通過上面的組態(tài)監(jiān)控程序遠程監(jiān)測帶式輸送機的實時運行狀況，監(jiān)視傳感器的工作狀態(tài)。 這類系統(tǒng)兼顧保護、控制功能，使檢測到的信息得以共享。除能實現(xiàn)單機控制外，還可以方便地

7、組網(wǎng)，以滿足大范圍監(jiān)控的需求。 1． 4 單項保護裝置 工業(yè)現(xiàn)場除使用以實現(xiàn)“六大保護”為主的綜合保護器，結合保護、電機控制的多功能保護系統(tǒng)外，還大量使用具備斷帶、傳送帶撕裂、打滑、跑偏、張力超限等單項保護功能的保護裝置。 如鶴煤集團四礦使用的鋼絲繩芯輸送帶橫向斷裂監(jiān)測裝置，采用 X 射線進行無損探測，能實時、連續(xù)觀察帶內鋼絲繩的動態(tài)圖像，自動計算輸送帶任何部位的強度和接頭伸長量是否在規(guī)定的標準范圍內，具有超標報警顯示功能〔7〕。神華準格爾黑岱溝煤礦工作面采用的帶式輸送機膠帶打滑保護裝置，通過監(jiān)測驅動滾筒和非驅動滾筒的轉速差監(jiān)控膠帶打滑。用接近開關作為計數(shù)器記錄驅動滾筒和非驅動滾筒轉動時產(chǎn)

8、生的脈沖信號，輸入到信號轉換器上轉換為 4 ～20 mA 電流信號，再輸入 PLC 中進行計算比較，從而實現(xiàn)保護停機。 對各類保護裝置的基本情況可進行列表比較,2 帶式輸送機保護裝置的檢測技術帶式輸送機保護裝置為保證機器的正常運行，需要利用各類機械機構、傳感裝置檢測速度、溫度、壓力、煙霧濃度等信號，選擇合理的檢測技術顯得十分重要。雖然在用的保護裝置千差萬別，但采取的檢測方法大同小異，下面將按保護形式逐一分析。 2． 1 打滑檢測 當帶式輸送機運行時，驅動滾筒與輸送帶的接觸部分產(chǎn)生位移并持續(xù)一定時間時認為出現(xiàn)打滑，要求輸送機延時停機并報警。 檢測中通常利用速度傳感器檢測驅動滾筒與導向滾筒

9、之間的速度差，當其達到某個范圍時，延時一段時間( 10 s 左右) 后切斷驅動電機的控制電路，實現(xiàn)停機和報警。也可以利用接近開關檢測驅動電機附近下托輥的轉動情況判別是否出現(xiàn)打滑。托輥每轉動一次，接近開關產(chǎn)生一個方波脈沖輸入到保護裝置中。當輸送帶出現(xiàn)打滑、撕裂時，產(chǎn)生的脈沖數(shù)小于設定值或不連續(xù)，保護裝置延時切斷電動機控制電路，從而保護輸送機。也可以采用傳感器檢測帶速判斷打滑。當帶速超過正常值的 10% 或低于其正常值的 30%進行保護。 使用的測速傳感器有磁感應傳感器、磁阻式傳感器、光電傳感器、霍爾傳感器、舌簧管式傳感器及測速電機等。霍爾傳感器因具有經(jīng)濟、可靠、穩(wěn)定等特點，在測速機構中得到推

10、廣應用。 2． 2 堆煤檢測 當卸載點的煤發(fā)生堆積或卸載溜槽堵塞，煤位超出預定位置并持續(xù)一定時間時，堆煤保護采取延時停機保護措施。保護裝置通常安裝在煤倉上口或是安裝在兩部帶式輸送機搭接處。 檢測方法主要有碰觸式煤位開關法和煤位探頭法。傳統(tǒng)的機械式煤位開關是在煤堆上升使得傳感器導桿偏離中心線 45時觸點動作，實現(xiàn)保護目的。 也有采用盛有水銀的鑄鋼筒構成的傳感器。正常時傳感器垂直懸掛，鑄鋼筒兩支路間有水銀溝通，電路通路。當煤堆起來后傳感器被托起，發(fā)生傾斜，達到45時，支路間不連通，電路斷路，由此實現(xiàn)保護功能。電極式探頭檢測的原理是在煤位電極接觸到煤堆后，相關電路的輸出電平發(fā)生改變，延時后驅動繼

11、電器動作，切斷控制電路。 2． 3 跑偏檢測 式輸送機的輸送帶運行超出了托輥端部邊緣認為出現(xiàn)跑偏，發(fā)生跑偏，保護裝置應報警，超出托輥邊緣 20 mm，保護裝置中止輸送機的運行〔9〕。 檢測時跑偏傳感器一般安裝在機頭、機尾等輸送帶容易跑偏處，距機頭、機尾滾筒 1 ～2 m 處各裝1 對，上膠帶每 50 m 安裝 1 組，下膠帶每 100 m 安裝 1 組。當帶式輸送機的輸送帶運行超出托輥邊緣一定距離( 20 mm) ，或跑偏傳感器導桿偏離一定角度( 15 ～2 0) 時，保護裝置報警，報警期間跑偏解除，則輸送機可繼續(xù)正常運行，5 ～ 10 s 延時后跑偏仍未接觸，則輸送機斷電停

12、電機。 也可用霍爾傳感器組成兩級傳感開關，當膠帶跑偏達到一級開關位置時，保護裝置輸出報警信號至監(jiān)視器但不停車，當膠帶跑偏達到二級開關位置時，則立即輸出報警和停機電源連鎖信號。 2． 4 溫度檢測 帶式輸送機運行過程中，因摩擦或其他原因使?jié)L筒、托輥或其他部件產(chǎn)生過高溫度時，傳感器監(jiān)測的測溫點溫度高于整定值，實施立即停機并報警，同時驅動灑水裝置，噴水降溫。 檢測方法有在距離監(jiān)測點發(fā)熱處一定距離用紅外溫度傳感器等進行非接觸測量，用熱敏電阻等傳感器檢測滾筒表面或滾筒內壁溫度。由于溫度保護傳感器多為有源傳感器，安裝在驅動滾筒與膠帶分離處或置于傳動滾筒上，接線不便，可采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式。檢測裝置

13、和發(fā)射機緊貼滾筒安裝，接收裝置安裝于機架上。滾筒溫度超限時，溫度信號經(jīng)發(fā)射機傳出，接收機接到信號，主機箱經(jīng)延時后切斷電動機電源，輸送機停轉。 還可以在驅動滾筒與膠帶分離處安裝易熔棒作為超溫自動灑水裝置信號源。易溶棒周圍的環(huán)境溫度達 50 ～60℃且持續(xù) 3 ～ 5 min 時，易溶棒溶化，實現(xiàn)自動停機，并對驅動膠帶和驅動滾筒灑水滅火降溫。 2． 5 煙霧檢測 當輸送帶或其他非金屬材料過熱或燃料產(chǎn)生煙霧時，使得氣敏傳感器的輸出電流發(fā)生變化，保護裝置根據(jù)輸入信號采取延時停機并報警的策略。同時接通自動灑水裝置，自動灑水起到保護作用。 煙霧檢測多采用氣敏性傳感器，利用氣敏元件對橡膠、煤燃燒的煙

14、霧反映敏感的特性工作。煙霧保護傳感器應安裝在驅動裝置上方5 m 內的下風口處，高度盡量靠近輸送帶上帶來料。 2． 6 縱向撕裂檢測 帶式輸送機工作過程中，異物穿卡和物料卡壓會造成輸送帶縱向撕裂，撕裂部分主要在給載點，鋼繩芯輸送帶由于橫向強度低更易撕裂?？v向撕裂檢測有接觸式和非接觸式兩類，接觸式檢測有棒型檢測、線型檢測、擺動托輥檢測、漏料檢測等〔10〕。 棒形檢測器由一根彎成輸送帶截面形狀的棒或管子組成，安裝在槽形輸送帶下面的緩沖托輥之間。 線型檢測裝置由若干根金屬線或尼龍線分別沿槽形輸送帶的外部小孔穿過。一旦有金屬棒截穿輸送帶，將通過機械碰撞使檢測器開關動作以避免輸送帶繼續(xù)撕裂。這些檢測裝

15、置缺點是不十分可靠，有時會出現(xiàn)漏報或誤報。 測振式檢測裝置在裝載站下面的輸送帶一側裝偏心輪，偏心輪緊壓在輸送帶上，隨帶的運行起振，測振器裝在輸送帶另一側。一旦輸送帶發(fā)生撕裂，檢測器就不能接收到偏心輪發(fā)出的振動信號。這種檢測器工作可靠，效果較好。漏料檢測裝置的傳感器安裝在裝載點上方上下傳送帶之間，當膠帶縱向撕裂時，煤從裂縫中漏到傳送帶下方的傳感器上，當堆積到一定重量時，實現(xiàn)保護后立即停機。這種檢測器結構簡單、安裝方便，但條件惡劣時易產(chǎn)生漏報且裝置易損壞。 非接觸式檢測有超聲波檢測、X 光透視檢測、傳感線圈輸送帶檢測等方法。超聲波檢測在輸送帶易被撕裂處的托輥之間安裝能夠產(chǎn)生超聲波的波導管?？v向撕裂

16、時，波導管因彎曲而損壞，送波和受波狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生輸送帶縱向撕裂信號，發(fā)出報警信號或停機。檢測器為密閉裝置，防塵、防水、壽命長，可靠性高。X 光透視檢測預先在傳送帶內織入金屬片或金屬網(wǎng)，一旦縱向撕裂使這些金屬物斷裂，X 光透視儀會因接收不到電磁脈沖信號而發(fā)出報警信號或使輸送機停機。這種方法需要預先埋設線圈，會增加輸送帶成本; 一旦線圈被破壞，很難修復。 3 結 語 經(jīng)過 30 多 a 的研究應用，礦用帶式輸送機保護裝置呈現(xiàn)出系列化、多樣化、智能化、集控化的特點。 隨著工業(yè)計算機的引入，保護裝置的形式正從傳統(tǒng)的由模擬電路、繼電器組成的綜合保護器向智能芯片和 PLC 為核心的智能儀器過渡，向

17、綜合保護、控制和管理的礦井綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)過渡。前端檢測技術則呈現(xiàn)出傳統(tǒng)與現(xiàn)代并存的局面，簡單、實用的檢測方法和穩(wěn)定、可靠的傳感器仍是保護裝置發(fā)展的迫切要求。堅持裝備、培訓、管理、服務并舉，是保護裝置穩(wěn)定、高效運行的重要環(huán)節(jié)。 參考文獻:〔1〕 王 鵬． 輔助運輸設備演示及選型系統(tǒng)的開發(fā)〔J〕． 起重運輸機械，2007( 11) : 39 －41.〔2〕 國家煤礦安全監(jiān)察局． 煤礦安全規(guī)程〔M〕． 北京: 煤炭工業(yè)出版社，2004.〔3〕 PZBJ －1 型帶式輸送機綜合保護監(jiān)測儀〔J〕． 煤礦機電，1995( 2) : 17 －23.〔4〕 馬 永． PJB －1 型帶式輸送機綜合保護器

18、的改進〔J〕. 礦山機械，2002( 8) . 〔5〕 鄭曉亮，祝龍記． 煤礦帶式輸送機智能控制保護系統(tǒng)〔J〕． 煤礦機械，2008，29( 2) : 123 －125.〔6〕 邢麗坤，韋 穎． PLC 在帶式輸送機電氣控制系統(tǒng)中的應用〔J〕． 煤炭工程，2007( 11) : 113 －114.〔7〕 吳登慶，郭廣生． 鋼絲繩芯輸送帶橫向斷裂監(jiān)測裝置的應用〔J〕． 煤炭科學技術，2000，28( 3) : 31 －32.〔8〕 孫林友，宋德軍． PLC 在帶式輸送機集中監(jiān)控系統(tǒng)中的應用〔J〕． 煤礦機械，2005( 3) : 107 －109.〔9〕 國家煤炭工業(yè)局． MT872 － 2000 煤礦用帶式輸送機保護裝置技術條件〔S〕． 北京: 煤炭工業(yè)出版社，2000.〔10〕 張安寧，孫宇坤． 帶式輸送機防縱撕保護研究現(xiàn)狀及趨勢〔J〕． 煤炭科學技術，2007，35( 12) : 77 －79. 作者簡介: 王 鵬( 1977 － ) ，男，皖蕭縣人，講師，工程師，工學碩士，2005 年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學，現(xiàn)在蘇州經(jīng)貿職業(yè)技術學院從事機電測控方面的教學與科研，發(fā)表論文 8篇。( 收稿日期:2010 －09 －20; 責任編輯: 霍育川)166( 第 42 卷第 4 期) 監(jiān)察管