電氣自動(dòng)化畢業(yè)論文礦用帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置的技術(shù)現(xiàn)狀分析

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1、 礦用帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置的技術(shù)現(xiàn)狀分析 礦用帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置的技術(shù)現(xiàn)狀分析 王 鵬1，李尊衷2，王哲華3( 1． 蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)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(jī)保護(hù)裝置是礦用帶式輸送機(jī)高效、安全運(yùn)行的重要保證。根據(jù)控制部件和技術(shù)不同，帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置典型形式有模擬電路和繼電器構(gòu)成的保護(hù)裝置、智能芯片為核心的保護(hù)裝置，以 PLC 為核心的保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)及各類單一功能的保護(hù)儀器。保護(hù)裝置千差萬(wàn)別，但前端檢測(cè)方

2、法大同小異。對(duì)打滑檢測(cè)、堆煤檢測(cè)、跑偏檢測(cè)、溫度檢測(cè)、煙霧檢測(cè)和皮帶縱向撕裂檢測(cè)的原理、特點(diǎn)、傳感器安裝作了詳細(xì)分析。 關(guān)鍵詞: 保護(hù)裝置; 帶式輸送機(jī); 煤礦; 檢測(cè)技術(shù) 1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B 文章編號(hào): 1003 － 496X( 2011) 04 － 0163 － 04近年來(lái)我國(guó)煤礦開(kāi)采技術(shù)有了很大進(jìn)步，采掘機(jī)械化程度迅速提高，對(duì)運(yùn)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(jī)的安全運(yùn)行，《煤礦安全規(guī)程》明確規(guī)定: “采用滾筒驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸時(shí)，必須裝設(shè)驅(qū)動(dòng)滾筒防滑保護(hù)、堆煤保護(hù)和防跑偏裝置; 應(yīng)裝設(shè)溫度保護(hù)、煙霧保護(hù)和自動(dòng)灑水裝置”〔2〕。在信息技術(shù)發(fā)展的引

3、領(lǐng)下，近年來(lái)帶式輸送機(jī)保護(hù)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(hù)裝置。 1 帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置的典型形式帶式輸送機(jī)保護(hù)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(shí)現(xiàn)打滑保護(hù)、煙霧保護(hù)、溫度保護(hù)、堆煤保護(hù)等多種保護(hù)功能。核心部件多是由硬線邏輯電路、運(yùn)算放大器、CMOS 集成電路、單片機(jī)、PLC 等構(gòu)成。因各廠家采用的技術(shù)不同，具體性能、結(jié)構(gòu)形式差別較大。 1． 1 模擬電路和繼電器構(gòu)成的保護(hù)裝置傳統(tǒng)的膠帶機(jī)綜合保護(hù)器多采用這種類型。如曾獲得原能源部科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)的 PZB － J1 帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)監(jiān)控儀，具備綜合保護(hù)、集中控制、通訊等三大功能，

4、工作可靠、安裝方便〔3〕。整個(gè)裝置采用模塊式結(jié)構(gòu)，分成隔爆型電源及執(zhí)行模塊、本質(zhì)安全型主控模塊、本質(zhì)安全型傳感器模塊、本質(zhì)安全型超溫自動(dòng)灑水模塊等。 這類裝置控制功能靈活，既可以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)控制，又可實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的集中控制。保護(hù)裝置還可設(shè)置通訊聯(lián)絡(luò)功能，通過(guò)揚(yáng)聲器與沿線人員聯(lián)系; 通過(guò)在變壓器電源側(cè)加裝半波整流電路和繼電器，使閉鎖電路和啟動(dòng)電路分開(kāi)，可增強(qiáng)防違章操作閉鎖功能〔4〕。 1． 2 智能芯片為核心的保護(hù)裝置這類保護(hù)裝置多是以單片機(jī)、DSP( 數(shù)字信號(hào)處理芯片) 、可編程邏輯器件等智能控制芯片為核心設(shè)計(jì)，對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)啟?？刂疲瑴囟?、速度、

5、堆料、跑偏、膠帶撕裂等保護(hù)，及煙霧、CO 濃度超限報(bào)警及自動(dòng)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(jìn)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(kāi)始出現(xiàn)，如某種帶式輸送機(jī)分布式智能控制系統(tǒng)以 DSP 為核心構(gòu)成控制節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有 CAN 總線接口。通過(guò) CAN 總線進(jìn)行監(jiān)測(cè)信號(hào)、控制信號(hào)和保護(hù)信號(hào)的傳輸〔5〕。但總體來(lái)看，這類保護(hù)裝置仍屬于 DAS 系統(tǒng)( 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)) ，雖有簡(jiǎn)單的控制功能，信號(hào)采集、監(jiān)測(cè)仍是其主要任務(wù)。 1． 3 以 PLC 為核心的保護(hù)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(yīng)帶式輸送機(jī)復(fù)雜多

6、樣的控制和保護(hù)要求。因此出現(xiàn)了很多以 PLC 為控制部件的帶式輸送機(jī)保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)。 典型的 PLC 保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)由電氣控制部分、保護(hù)用傳感器及計(jì)算機(jī)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(hù)策略對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行實(shí)施保護(hù)和控制; 各種傳感器直接或間接連接到 PLC 上提供輸入信號(hào)( 基本為開(kāi)關(guān)量信號(hào)) ，PLC 通過(guò)程序完成信號(hào)的采集、比較、報(bào)警、直接控制等; 計(jì)算機(jī)終端是客戶監(jiān)控端( 上位機(jī)) ，用戶通過(guò)上面的組態(tài)監(jiān)控程序遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)帶式輸送機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，監(jiān)視傳感器的工作狀態(tài)。 這類系統(tǒng)兼顧保護(hù)、控制功能，使檢測(cè)到的信息得以共享。除能實(shí)現(xiàn)單機(jī)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(xiàng)保護(hù)裝置 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)除使用以實(shí)現(xiàn)“六大保護(hù)”為主的綜合保護(hù)器，結(jié)合保護(hù)、電機(jī)控制的多功能保護(hù)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(xiàng)保護(hù)功能的保護(hù)裝置。 如鶴煤集團(tuán)四礦使用的鋼絲繩芯輸送帶橫向斷裂監(jiān)測(cè)裝置，采用 X 射線進(jìn)行無(wú)損探測(cè)，能實(shí)時(shí)、連續(xù)觀察帶內(nèi)鋼絲繩的動(dòng)態(tài)圖像，自動(dòng)計(jì)算輸送帶任何部位的強(qiáng)度和接頭伸長(zhǎng)量是否在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，具有超標(biāo)報(bào)警顯示功能〔7〕。神華準(zhǔn)格爾黑岱溝煤礦工作面采用的帶式輸送機(jī)膠帶打滑保護(hù)裝置，通過(guò)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)滾筒和非驅(qū)動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)速差監(jiān)控膠帶打滑。用接近開(kāi)關(guān)作為計(jì)數(shù)器記錄驅(qū)動(dòng)滾筒和非驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)

8、生的脈沖信號(hào)，輸入到信號(hào)轉(zhuǎn)換器上轉(zhuǎn)換為 4 ～20 mA 電流信號(hào)，再輸入 PLC 中進(jìn)行計(jì)算比較，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)停機(jī)。 對(duì)各類保護(hù)裝置的基本情況可進(jìn)行列表比較,2 帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置的檢測(cè)技術(shù)帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置為保證機(jī)器的正常運(yùn)行，需要利用各類機(jī)械機(jī)構(gòu)、傳感裝置檢測(cè)速度、溫度、壓力、煙霧濃度等信號(hào)，選擇合理的檢測(cè)技術(shù)顯得十分重要。雖然在用的保護(hù)裝置千差萬(wàn)別，但采取的檢測(cè)方法大同小異，下面將按保護(hù)形式逐一分析。 2． 1 打滑檢測(cè) 當(dāng)帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶的接觸部分產(chǎn)生位移并持續(xù)一定時(shí)間時(shí)認(rèn)為出現(xiàn)打滑，要求輸送機(jī)延時(shí)停機(jī)并報(bào)警。 檢測(cè)中通常利用速度傳感器檢測(cè)驅(qū)動(dòng)滾筒與導(dǎo)向滾筒

9、之間的速度差，當(dāng)其達(dá)到某個(gè)范圍時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間( 10 s 左右) 后切斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制電路，實(shí)現(xiàn)停機(jī)和報(bào)警。也可以利用接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)附近下托輥的轉(zhuǎn)動(dòng)情況判別是否出現(xiàn)打滑。托輥每轉(zhuǎn)動(dòng)一次，接近開(kāi)關(guān)產(chǎn)生一個(gè)方波脈沖輸入到保護(hù)裝置中。當(dāng)輸送帶出現(xiàn)打滑、撕裂時(shí)，產(chǎn)生的脈沖數(shù)小于設(shè)定值或不連續(xù)，保護(hù)裝置延時(shí)切斷電動(dòng)機(jī)控制電路，從而保護(hù)輸送機(jī)。也可以采用傳感器檢測(cè)帶速判斷打滑。當(dāng)帶速超過(guò)正常值的 10% 或低于其正常值的 30%進(jìn)行保護(hù)。 使用的測(cè)速傳感器有磁感應(yīng)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(cè)速電機(jī)等?；魻杺鞲衅饕蚓哂薪?jīng)濟(jì)、可靠、穩(wěn)定等特點(diǎn)，在測(cè)速機(jī)構(gòu)中得到推

10、廣應(yīng)用。 2． 2 堆煤檢測(cè) 當(dāng)卸載點(diǎn)的煤發(fā)生堆積或卸載溜槽堵塞，煤位超出預(yù)定位置并持續(xù)一定時(shí)間時(shí)，堆煤保護(hù)采取延時(shí)停機(jī)保護(hù)措施。保護(hù)裝置通常安裝在煤倉(cāng)上口或是安裝在兩部帶式輸送機(jī)搭接處。 檢測(cè)方法主要有碰觸式煤位開(kāi)關(guān)法和煤位探頭法。傳統(tǒng)的機(jī)械式煤位開(kāi)關(guān)是在煤堆上升使得傳感器導(dǎo)桿偏離中心線 45時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)保護(hù)目的。 也有采用盛有水銀的鑄鋼筒構(gòu)成的傳感器。正常時(shí)傳感器垂直懸掛，鑄鋼筒兩支路間有水銀溝通，電路通路。當(dāng)煤堆起來(lái)后傳感器被托起，發(fā)生傾斜，達(dá)到45時(shí)，支路間不連通，電路斷路，由此實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。電極式探頭檢測(cè)的原理是在煤位電極接觸到煤堆后，相關(guān)電路的輸出電平發(fā)生改變，延時(shí)后驅(qū)動(dòng)繼

11、電器動(dòng)作，切斷控制電路。 2． 3 跑偏檢測(cè) 式輸送機(jī)的輸送帶運(yùn)行超出了托輥端部邊緣認(rèn)為出現(xiàn)跑偏，發(fā)生跑偏，保護(hù)裝置應(yīng)報(bào)警，超出托輥邊緣 20 mm，保護(hù)裝置中止輸送機(jī)的運(yùn)行〔9〕。 檢測(cè)時(shí)跑偏傳感器一般安裝在機(jī)頭、機(jī)尾等輸送帶容易跑偏處，距機(jī)頭、機(jī)尾滾筒 1 ～2 m 處各裝1 對(duì)，上膠帶每 50 m 安裝 1 組，下膠帶每 100 m 安裝 1 組。當(dāng)帶式輸送機(jī)的輸送帶運(yùn)行超出托輥邊緣一定距離( 20 mm) ，或跑偏傳感器導(dǎo)桿偏離一定角度( 15 ～2 0) 時(shí)，保護(hù)裝置報(bào)警，報(bào)警期間跑偏解除，則輸送機(jī)可繼續(xù)正常運(yùn)行，5 ～ 10 s 延時(shí)后跑偏仍未接觸，則輸送機(jī)斷電停

12、電機(jī)。 也可用霍爾傳感器組成兩級(jí)傳感開(kāi)關(guān)，當(dāng)膠帶跑偏達(dá)到一級(jí)開(kāi)關(guān)位置時(shí)，保護(hù)裝置輸出報(bào)警信號(hào)至監(jiān)視器但不停車，當(dāng)膠帶跑偏達(dá)到二級(jí)開(kāi)關(guān)位置時(shí)，則立即輸出報(bào)警和停機(jī)電源連鎖信號(hào)。 2． 4 溫度檢測(cè) 帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)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(guò)高溫度時(shí)，傳感器監(jiān)測(cè)的測(cè)溫點(diǎn)溫度高于整定值，實(shí)施立即停機(jī)并報(bào)警，同時(shí)驅(qū)動(dòng)灑水裝置，噴水降溫。 檢測(cè)方法有在距離監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)熱處一定距離用紅外溫度傳感器等進(jìn)行非接觸測(cè)量，用熱敏電阻等傳感器檢測(cè)滾筒表面或滾筒內(nèi)壁溫度。由于溫度保護(hù)傳感器多為有源傳感器，安裝在驅(qū)動(dòng)滾筒與膠帶分離處或置于傳動(dòng)滾筒上，接線不便，可采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式。檢測(cè)裝置

13、和發(fā)射機(jī)緊貼滾筒安裝，接收裝置安裝于機(jī)架上。滾筒溫度超限時(shí)，溫度信號(hào)經(jīng)發(fā)射機(jī)傳出，接收機(jī)接到信號(hào)，主機(jī)箱經(jīng)延時(shí)后切斷電動(dòng)機(jī)電源，輸送機(jī)停轉(zhuǎn)。 還可以在驅(qū)動(dòng)滾筒與膠帶分離處安裝易熔棒作為超溫自動(dòng)灑水裝置信號(hào)源。易溶棒周圍的環(huán)境溫度達(dá) 50 ～60℃且持續(xù) 3 ～ 5 min 時(shí)，易溶棒溶化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)，并對(duì)驅(qū)動(dòng)膠帶和驅(qū)動(dòng)滾筒灑水滅火降溫。 2． 5 煙霧檢測(cè) 當(dāng)輸送帶或其他非金屬材料過(guò)熱或燃料產(chǎn)生煙霧時(shí)，使得氣敏傳感器的輸出電流發(fā)生變化，保護(hù)裝置根據(jù)輸入信號(hào)采取延時(shí)停機(jī)并報(bào)警的策略。同時(shí)接通自動(dòng)灑水裝置，自動(dòng)灑水起到保護(hù)作用。 煙霧檢測(cè)多采用氣敏性傳感器，利用氣敏元件對(duì)橡膠、煤燃燒的煙

14、霧反映敏感的特性工作。煙霧保護(hù)傳感器應(yīng)安裝在驅(qū)動(dòng)裝置上方5 m 內(nèi)的下風(fēng)口處，高度盡量靠近輸送帶上帶來(lái)料。 2． 6 縱向撕裂檢測(cè) 帶式輸送機(jī)工作過(guò)程中，異物穿卡和物料卡壓會(huì)造成輸送帶縱向撕裂，撕裂部分主要在給載點(diǎn)，鋼繩芯輸送帶由于橫向強(qiáng)度低更易撕裂?？v向撕裂檢測(cè)有接觸式和非接觸式兩類，接觸式檢測(cè)有棒型檢測(cè)、線型檢測(cè)、擺動(dòng)托輥檢測(cè)、漏料檢測(cè)等〔10〕。 棒形檢測(cè)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(cè)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(guò)。一旦有金屬棒截穿輸送帶，將通過(guò)機(jī)械碰撞使檢測(cè)器開(kāi)關(guān)動(dòng)作以避免輸送帶繼續(xù)撕裂。這些檢測(cè)裝

15、置缺點(diǎn)是不十分可靠，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)漏報(bào)或誤報(bào)。 測(cè)振式檢測(cè)裝置在裝載站下面的輸送帶一側(cè)裝偏心輪，偏心輪緊壓在輸送帶上，隨帶的運(yùn)行起振，測(cè)振器裝在輸送帶另一側(cè)。一旦輸送帶發(fā)生撕裂，檢測(cè)器就不能接收到偏心輪發(fā)出的振動(dòng)信號(hào)。這種檢測(cè)器工作可靠，效果較好。漏料檢測(cè)裝置的傳感器安裝在裝載點(diǎn)上方上下傳送帶之間，當(dāng)膠帶縱向撕裂時(shí)，煤從裂縫中漏到傳送帶下方的傳感器上，當(dāng)堆積到一定重量時(shí)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)后立即停機(jī)。這種檢測(cè)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，但條件惡劣時(shí)易產(chǎn)生漏報(bào)且裝置易損壞。 非接觸式檢測(cè)有超聲波檢測(cè)、X 光透視檢測(cè)、傳感線圈輸送帶檢測(cè)等方法。超聲波檢測(cè)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(dǎo)管。縱向撕裂

16、時(shí)，波導(dǎo)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(hào)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)或停機(jī)。檢測(cè)器為密閉裝置，防塵、防水、壽命長(zhǎng)，可靠性高。X 光透視檢測(cè)預(yù)先在傳送帶內(nèi)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(huì)因接收不到電磁脈沖信號(hào)而發(fā)出報(bào)警信號(hào)或使輸送機(jī)停機(jī)。這種方法需要預(yù)先埋設(shè)線圈，會(huì)增加輸送帶成本; 一旦線圈被破壞，很難修復(fù)。 3 結(jié) 語(yǔ) 經(jīng)過(guò) 30 多 a 的研究應(yīng)用，礦用帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置呈現(xiàn)出系列化、多樣化、智能化、集控化的特點(diǎn)。 隨著工業(yè)計(jì)算機(jī)的引入，保護(hù)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(hù)器向智能芯片和 PLC 為核心的智能儀器過(guò)渡，向

17、綜合保護(hù)、控制和管理的礦井綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)過(guò)渡。前端檢測(cè)技術(shù)則呈現(xiàn)出傳統(tǒng)與現(xiàn)代并存的局面，簡(jiǎn)單、實(shí)用的檢測(cè)方法和穩(wěn)定、可靠的傳感器仍是保護(hù)裝置發(fā)展的迫切要求。堅(jiān)持裝備、培訓(xùn)、管理、服務(wù)并舉，是保護(hù)裝置穩(wěn)定、高效運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。 參考文獻(xiàn):〔1〕 王 鵬． 輔助運(yùn)輸設(shè)備演示及選型系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)〔J〕． 起重運(yùn)輸機(jī)械，2007( 11) : 39 －41.〔2〕 國(guó)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(jī)綜合保護(hù)監(jiān)測(cè)儀〔J〕． 煤礦機(jī)電，1995( 2) : 17 －23.〔4〕 馬 永． PJB －1 型帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)器

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