皮带机自动化监控系统的应用研究

李华梁

（晋能控股煤业集团四台矿， 山西 大同 037007）

引言

皮带机是煤矿井下物料运输的关键设备，主要依靠驱动滚筒和皮带之间的摩擦力来带动皮带的运行，具有运输成本低、经济性好的优点，但由于输送带是一种黏弹性体结构，在运行过程中会存在较大的能量冲击，会导致皮带在运行过程中出现跑偏、撕裂、堆煤等，严重影响皮带机的正常运转，特别是随着皮带机不断朝着长距离、大运量、高带速方向发展，现有的输送控制系统已经很难满足运行稳定性的需求，因此迫切需要开发一个新的控制系统，能够实现对皮带机在运行过程中运行状态的实时监测和智能调整，提高皮带机在运行过程中的稳定性。因此，本文在对皮带机常见故障进行分析的基础上，提出建立一套新的自动化监控系统，并进一步展开分析。

1 皮带机常见故障分析

对皮带机运行状态进行全面监控的基础是对皮带机的故障类型及现象进行准确分析，从而针对性地开发监测方案，提高监测的准确性和对故障判别的可靠性。本文对今年来皮带机的故障处理记录表进行统计分析，确定了皮带机在运行过程中的主要故障主要分为以下几个部分[1]：

1）皮带的纵向撕裂。这主要是由于皮带受力不均或者在外力作用下发生局部的断裂，常见的为沿着皮带运行方向上的纵向撕裂，发生撕裂后会导致输送带的张力和外观发生明显的变化，因此通过对张力监测和对外观的视觉监测即可判断皮带纵向撕裂的情况。

2）皮带断带。皮带断带一般是皮带长期磨损或者受力过大时沿着皮带横向发生的断裂，一旦发生断裂后皮带的张力会降低，且输送带会沿着倾角快速下滑，物料散落等，因此通过张力监测或者视觉监测即可判断皮带是否发生了断带。

3）皮带打滑。皮带打滑主要是由于在某些特殊情况下导致皮带和滚筒间的摩擦力减小进而导致了皮带的打滑，当出现打滑后会导致在打滑区域皮带温度升高、输送带的张紧力降低、悬垂度下降，因此通过温度监测、皮带张力监测即可确定是否发生了皮带打滑。

4）皮带驱动系统故障。皮带驱动系统故障主要包括电机故障和驱动滚筒故障，对驱动电机故障的判断主要通过对驱动电流、电压、电机温升情况的监测进行判定，而对驱动滚筒故障的监测主要通过其振动情况和与皮带接触位置的温升来判断。

2 监测系统整体结构

为了满足该皮带机自动化监控系统的监测需求，结合皮带机故障的表现情况，本文提出了一种新的皮带机自动化监控系统，该监测系统主要包括了监控主站、监测分站和巡检分站构成，其整体结构如图1 所示[2]。

由图1 可知，该系统采用了分站监测和巡检监测两种模式[3]，分站监测主要是在皮带机的不同位置设置监测传感器，对皮带的运行状态进行监测，实现对皮带打滑、撕裂、跑偏的及时监测和报警。移动巡检分站监测系统主要是利用移动巡检小车对皮带机的周围运行环境进行监控，确保输送带周围的环境状态和人员工作状态满足安全、可控的要求。

图1 皮带机运行监测系统结构示意图

同时该监控系统可以将监测分站和移动分站的监测结果传输到监控主站，实现对输送运行状态的直接监测和分析，同时能够自动对输送带的工况进行调整，提高运行稳定性和可靠性，降低在运行过程中出现故障的概率。

3 硬件系统结构

皮带机运行的工况比较复杂，因此为了满足系统运行可靠性的需求，该皮带机自动化监控系统的硬件结构需要在满足运行安全性的情况下提高其可靠性及快速更换能力，因此该控制系统的硬件结构采用了模块化的设计思路[4]，整个截割包括主控模块（PLC控制器）、监测分站模块、移动监测模块、数据分析模块等，其硬件系统结构如图2 所示[5]。

图2 监测系统硬件结构示意图

由图2 可知，数据分析模块是该控制系统的大脑，主要用于分析皮带机运行时的各类数据信息，对皮带机的运行状态进行实时监测，将监测结果显示在控制中心的数据终端上，同时控制人员也可以通过控制终端下达各类调节指令。PLC 控制器主要用于接收数据分析模块的控制指令，然后完成对皮带机运行情况的直接控制，保证皮带机的运行状态满足控制需求。监测分站模块主要是设置在皮带机的固定位置上完成对皮带跑偏情况、皮带张力情况、堆煤情况的检查，移动监测站主要是安置在移动小车上，用于实时对温度、烟雾、周围环境空气的实时监测。

该硬件系统采用了模块化的结构设计模式，能够对损坏的单元进行快速更换，同时该模块采用了标准接口，能够快速地进行拓展和数据交换，灵活性高、可靠性好。

4 软件系统设计

该控制系统要求软件的控制灵活性高，能够满足快速监测、快速判断的需求，因此软件采用了STEP7应用软件编译器[6]，软件结构包括了主控模块和子程序模块，各子程序模块的控制逻辑对应于各硬件模块，子模块之间的数据为独立运行状态，一个模块程序的紊乱不影响其他模块的正常运行，具有极高的灵活性和可靠性，该皮带机运行状态监测系统的软件控制逻辑如图3 所示。

图3 监测系统软件控制逻辑示意图

该皮带机运行状态监测系统应用以来，能够实现对皮带机运行状态的快速监测和预警，同时能够快速的对故障进行定位和自动调整，使皮带机在运行过程中的故障数量由最初的3.8 次/d，降低到了目前的0.45 次/d，故障率降低了88.3%，显著提升了皮带机运行的稳定性和可靠性。

5 结论

1）皮带机常见的故障主要包括皮带的纵向撕裂、皮带断带、皮带打滑、皮带驱动系统故障，通过对其故障特性的分析，为实现皮带运行状态监测奠定了基础；

2）新的皮带机自动化监控系统，该监测系统主要包括了监控主站、监测分站和巡检分站构成，通过固定监测和移动监测，提高了系统监测的全面性和可靠性；

3）硬件系统采用了模块化的结构设计模式，能够对损坏的单元进行快速更换，同时该模块采用了标准接口，能够快速地进行拓展和数据交换；

4）新的控制系统能够将输送机运行故障率降低88.3%，显著提升了皮带机运行稳定性和可靠性。