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矿井皮带运输状态监测与事故预警系统 |
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作者：青岛科技大学自动化学院 卢玉强 |
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随着岱庄煤矿服务年限的增长和采区的进一步开拓布局，井下主运输皮带机和各采区皮带机都需要延长或接力，并且煤流的转载主要由采区皮带机直接转载到主运输皮带机上，这样就形成了运输系统线路长、岗位多、联络环节多等特点，势必造成人员增加、分散，不利于安全生产和科学管理。有鉴于此，根据岱庄煤矿实际使用要求，为达到安全可靠运行及减员增效的目的，我们研制了矿井皮带运输状态监测与事故预警系统，系统与调度电话系统、预警广播网络、工业电视系统一起，构成一个完整的操作、调度、监视网络，实现对整个系统的遥测、遥信、遥控与预警。大大提高生产效率、降低事故率，具有重要的理论意义和实际应用价值。
1 系统原理
本系统设计的主要目标就是运用测试技术和控制理论建立完善的皮带运输机的带速、过载、打滑、划伤、断带、联轴器断开、跑偏、烟雾、温度等检测与事故预警。
由于皮带运输机的多种故障(如打滑、断带、划伤、过载、联轴器断开等)均与速度的变化有关，因此，皮带速度成为矿井皮带运输状态监测与事故预警系统所监测的重要参数。皮带运输机的各种故障产生时速度的变化情况见图1。
图1 皮带机故障时皮带速度变化曲线
皮带跑偏、温度、烟雾、纵撕等得检测可以设置相应的传感器，来检测其状态。
本系统所设计的皮带运输状态监测与事故预警系统能智能诊断、控制系统，它能对皮带运输机出现的打滑、断带、划伤、过负载、联轴器断开等故障，进行自动检测，声、光预警和报警。当皮带运输机出现故障时，能自动控制皮带运输机和有关相应设备，以停止运行和供料，其控制系统原理框图如图2。
图2 皮带运输机监控系统原理框图
2 硬件组成
2.1 系统整体架构
矿井皮带运输状态监测与事故预警系统采用全分布式控制结构。由井下控制分站和监控主站构成，如图3所示。监控主机位于地面机电监控中心。监控主站与控制分站之间采用现场网络总线结构，控制分站与传感器之间采用距阵结构联接，监控主站与监控主机之间通过工业以太网联接。控制分站负责现场设备的数据采集和控制，通过监控，可对整个系统的设备进行监视和集中控制。
图3矿井皮带运输状态监测与事故预警系统结构框图
2.2系统硬件配置
地面机电监控中心安装研华ARK-3390型号嵌入式工控机作为上位机，用于集中显示各皮带机群的运行状态。井下部分具体配置为在每个皮带机群第一部皮带头操作台附近安装KTC101-Z型主控制器一台，作为控制分站，用于皮带机的控制及显示等。KTC101-Z型主控制器附近安装KDW101型矿用隔爆兼本安电源箱一台为其供电。在每部皮带机头，配置转矩传感器、速度传感器、温度传感器、跑偏传感器、烟雾传感器等用于检测皮带机运行的各个状态量。从的KTC101-Z型控制器开始，连出一条MHYBV-7-1-X30型带插头七芯屏蔽阻燃拉力电缆，电缆的另一端接KTK101-1型闭锁扩音电话，从该电话向下每100米接一台KTC101-2-A型多功能电话直到皮带尾。
2.3语音广播系统
皮带运输大巷语音广播系统要求有语音通讯、打点、闭锁按钮、拉线急停、启停操作按钮和智能输入、输出等功能，为此系统选用KTK101-1系列组合闭锁扩音电话。
皮带运输大巷采用的KTK101-1系列组合闭锁扩音电话工作电压是12V，而轨道运输大巷所采用的扩音系统工作电压为5V，二者通过功率转换模块实现对接，保证煤矿井下遭遇突发性事件时，能以最简捷、最快的途径通知井下各作业地点作业人员，实现系统集安全播报、调度指挥、安全监测、公共语音于一体。
2.4视频监控系统
视频监控系统对煤矿生产过程或重要场所的监视，可以把被监视场所的图像内容传送到调度中心，使生产调度人员实时了解现场情况，做出正确的生产调度决策。系统主要由摄像仪、电源、监视器、磁盘阵列、视频流媒体软件组成。
3系统软件设计
系统软件设计主要包括工具软件设计和组态软件设计两大部分。工具软件完成网络系统中交换机、控制器和远程I／O模块的参数设定、系统配置、诊断、标定、测试等功能。组态软件完成各分站和总站的监测预警信息管理、动态图形显示、数据报表打印、历史数据存储和动态趋势分析等功能。
本系统将VisualBasic、Matlab及SQL数据库技术相结合，基于对话框模式编程，通过按钮操作实现采集、分析和遥控功能。通过Matlab对皮带机速度进行计算用以系统故障类型。通过VB建立人机界面，将具体数据录入数据库。组态软件采用MCGS，能够显示监测过程的总体运行画面，有历史曲线、报警记录、参数设置、状态查看、操作帮助信息、设备运行统计等画面，要求画面简洁、友好，便于操作。
4结论
本系统的理论研究及应用，取得了如下创新性成果：建立了皮带运输系统以皮带运行速度、皮带机的转矩及温度为特征量的异常状态监测模型，实现皮带输煤系统故障诊断与预警的高效性。胶带巷语音广播系统与矿井大巷语音广播实现事故应急预警系统对接与联动，使得整个语音广播系统构成一个完整的网络。矿井大巷如有事故发生，也可及时向胶带巷发出警报信息。系统与调度电话系统、井下工业电视系统一起，构成一个完整的操作、调度、监视网络，实现对整个系统的遥测、遥信、遥视和遥控。采用全分布式控制结构，系统具有较高的安全性。当地面部分出现控制故障时，井下部分仍可实现集控运行。减少布线成本，由于采用远距离通讯网络，使布线更加方便，并大大减少电缆用量。
参考文献：
[1]陈锋，徐晖.皮带运输机常见故障的分析与处理[J].科技信息（学术研究），2006（6）：05～08.
[2]许润莲．皮带运输机常见故障的分析与处理[J].山西能源与节能，2006(6)：17～20．
[3]李丹，李世厚.选矿厂皮带运输机监控系统的研究和应用[D].昆明理工大学，1～2.
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(2/17/2012) |
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