皮带输送机是矿井生产过程中重要的运输设备，负责井下和井上原煤运输工作，具有运距长、负载大等优点，在煤层开采过程中起重要作用。

传统的皮带输送机启动运行控制方法是在工业恒频交流电驱动下，利用人工监测控制皮带输送机的运行参数，这种控制方法具有一定的滞后性，在人为因素影响下，可靠度低，难以实现皮带输送机的动态化控制，当设备负载降低或空载时，供电网路输送的驱动电流不能根据负载情况及时调整输出电流的频率，造成能源损耗，损耗的电能以热能的形式逸散，对皮带输送机的安全运行产生不利影响，同时增大了井下环境温度，导致火灾等安全隐患。利用智能化监控技术和变频技术实现对井下皮带输送机的精细化控制，能根据设备的运行工况实时调整供电网路的驱动电流频率，及时调整皮带输送机的运行速度，根据井下设备的工作环境，实时调整皮带输送机的运行参数，确保设备安全高效的运行，经实践证明，具有一定的使用价值。

1   皮带输送机

1.1   皮带输送机结构特点

如图1所示，图中A为驱动滚筒，B为机架，C为皮带，D为托辊。皮带输送机运行时，矿井供电网路输出电能驱动电动机的运转，在电动机驱 动力作用下，带动皮带输送机的驱动滚筒A运转，驱动滚筒A与皮带之间的摩擦力带动皮带沿驱动滚筒转动，将工作面生产的原煤从皮带手端运输到尾端，实现原煤空间位置的改变。在现场生产过程中，一般通过多机串联的形式实现原煤从综采工作面运输至井底煤仓，进而运出地表。

1.2   皮带输送机故障类型

煤炭是一种脆性物质，破碎过程中产生大量的易燃煤尘，降低了皮带输送机的耐久性和安全型，较差的工作环境和较重的工作负载导致皮带输送机工作过程中故障率较高。

主要的故障类型表现为：（1）皮带输送机的托辊与皮带一般成90度夹角，在运送原煤的过程中，存在撕裂皮带的可能性；（2）当皮带输送机长时间连续使用，或皮带与驱动滚筒间存在煤尘等异物时，皮带越来越光滑，皮带与滚筒之间摩擦力随之减小，导致皮带输送机运行速度急速下降，皮带打滑，同时导致皮带和滚筒温度的异常增高；（3）受机架或托辊质量影响，皮带输送机运行过程中可能跑偏，较大的跑偏值影响井下原煤的正常运输 ；（4）原煤是一种易燃物质，井下机械设备运行时积蓄的环境热量容易导致原煤自燃，放出大量烟雾，威胁井下安全生产；（5）皮带输送机运行是驱动滚筒与皮带之间产生摩擦力带动皮带运行，在摩擦生热原理作用下，容易导致滚筒温度过高，破坏皮带耐久性，造成井下火灾隐患。

井下工作面开采时，产出的原煤数量是不断变化的，皮带输送机的运输量根据产出量大小而不断变化，当工作面产量较大，皮带输送机运输需求较大时，需要驱动电机提供较大的频率，当皮带上的原煤运输量较小时，对驱动电机提供的电流频率需求量较小，传统的皮带输送机动力电流为恒频交流电，难以根据皮带输送机运煤量实时调整动力电流频率，造成能源损耗。

2   智能监控技术机理

随着变频技术和PLC智能监控技术的出现，使井下皮带输送机的动态控制成为可能。供电网路输送的50 Hz 恒频交流电在变频器作用下由人工控制转换为频率可控的交流电，井下生产过程中，可以根据皮带输送机的原煤运输量实时调整动力电流频率，避免或减少能源损耗。联合了监测技术和计算机技术的PLC技术，可以实现对井下皮带输送机运行工况和工作环境的实时监控，并利用预先存入控制器的逻辑语句对监测设备监测到的皮带输送机运行工况进行调整，根据现场情况输出控制信号，实现对皮带输送机的动态控制，PLC 监控技术是实现井下皮带输送机智能化控制的技术基础。

PLC 技术的作用机理如图2 所示，监测模块、输入模块、控制模块、输出模块组成PLC系统的整体结构，监测模块对预先选定的监测参数进行实时监测并反馈给控制系统，输入模块中存在多个与监测参数相对应的1/0 接口，当监测参数达到预先设定的监测值时，输入模块判定结果为真，1/0 接口向控制模块输出信号1，当监测参数未达到预先设定的监测值时，输入模块判定结果为假，1/0 接口向控制模块输出信号0，从而把监测电信号转换为数字信号传输给控制模块中，控制模块中预先存入与监测信号相对应的逻辑判断语句，对输入模块 传输的数字信号进行逻辑判断，并传输相应的控制信号给输出模块，输出模块中的1/0 接口执行与输入模块中1/0 接口的相反动作，把控制模块传输的数字信号转换为可被机械设备识别的电信号，控制设备执行相应动作，完成设备的智能化控制。与传统的控制方法相比，PLC 智能监控技术具有实时监控、动态控制的优点，能根据现场实际情况，及时控制机械设备调整运行参数，动作及时，反应准确，在节省大量人力物理的同时，提高了机械设备的耐久性和安全性。

3   智能监控系统设计

综上所述，在设计PLC 智能监控系统时，选定皮带输送机运行时的泄露量、跑偏值、烟雾浓度、 滚筒温度和皮带输送机运行速度作为井下皮带输送机智能监控系统的监测参数，在控制器中预先存入与监测参数相对应的逻辑判断条件，详见表1。

如表1所示，表中V0 为设备额定运行速度。根据皮带输送机的运行特点和PLC智能监控技术机理，明确选定监测参数的预警值和安全限值，并在控制器中预先存入与监测信号相对应的逻辑判断语句。在皮带输送机运行过程中，对设备运行速度进行监测，皮带输送机的负载与运行速度存在相关性，当皮带输送机原煤输送量较大时，皮带输送机以高速档位运行，当皮带输送机原煤输送量较小时，皮带输送机以低速档位运行。根据监测到的设备运行速度实时调整供电网路输送的驱动电源的频率，当皮带输送机运行速度较大时，控制变频器输出较高频率的驱动电流，反之，降低驱动电流的频率，避免能源浪费。

为了确保设备安全生产，当监测到皮带输送机运行速度小于70%额定运行速度时，表明设备可能发生打滑故障，报警系统及时发出报警信号提醒专业技术人员及时维修设备，防止事故发生 ；当监测到皮带输送机运行速度小于50% 额定运行速度时，表明设备已经发生打滑故障，PLC监控系统控制皮带输送机紧急制动，由专业技术人员排除故障后手动恢复运行；当监测到皮带跑偏值达到预警值A1 或滚筒温度达到预警值T1时，报警系统及时发出报警信号提醒专业技术人员及时维修设备，防止事故发生；当监测到皮带跑偏值达到安全限值A2 或滚筒温度达到安全限值T2 时，PLC 监控系统控制皮带输送机紧急制动，由专业技术人员排除故障后手动恢复运行；当监测到皮带输送机尾端处烟雾浓度达到5% obs/m，或位于皮带输送机尾端皮带下方的监测设备监测到皮带泄露时，PLC 监控系统控制皮带输送机紧急制动，同时控制报警设备发出声光报警信号，由专业人员排除故障后恢复运行。

4   智能监控系统应用

某矿设计年产能为6 Mt/a，主斜井采用DT75型胶带输送机，设计运距1 550 m，胶带输送机铺设角度 3 °~9°，皮带输送机设计运行速度6.4 m/s， 驱动电机为4台5台2 800 kW/6 kV 电动机，采用液压自动张紧和制动。根据现场皮带输送机运行工况，选定PLC 智能监控系统监测参数详见表 2。

如表2所示，当皮带输送机正常运行时，对皮带输送机运行速度、皮带跑偏值、滚筒温度、烟雾浓度和皮带是否泄露进行监测，当监测到皮带输送机运行速度小于4.48 m/s 时，表明设备可能发生打滑故障，PLC监控系统控制报警设备发出声光报警信号，提醒作业人员检修设备；当监测到皮带输送机运行速度小于3.2 m/s 时，表明设备已经发生打滑故障，PLC监控系统控制皮带输送机紧急制动，由专业技术人员排除故障后手动恢复运行；当监测到皮带跑偏值达到预警值9。或滚筒温度达到预警值45 ℃时，PLC监控系统控制报警设备发出声光报警信号，提醒作业人员检修设备；当跑偏值达到安全限值13。或滚筒温度达到安全限值70 ℃ 时，PLC 监控系统控制皮带输送机紧急制动，由专业技术人员排除故障后手动恢复运行；当监测到皮带输送机尾端处烟雾浓度达到5% obs/m，或位于皮带输送机尾端皮带下方的监测设备监测到皮带泄露时，PLC监控系统控制皮带输送机紧急制动，同时控制报警设备发出声光报警信号，由专业人员排除故障后恢复运行。同时，根据监测到的皮带输送机运行速度监测数据，实时调整供电网络输出的动力电流频率，当皮带输送机运输速度较大时，变频器输出较大频率的动力电流，当皮带输送机运输速度较小时，智能监控系统控制变频器输出频率较小的驱动电流。

经现场实验表明，PLC智能监控技术能根据皮带输送机运行速度大小实时调整动力电流频率，能实时监测井下安全生产环境，并及时反馈智能控制器，控制皮带输送机做出相应动作，确保井下安全生产，具有一定使用价值。

5   结论

通过以上分析，可得出如下结论 ：

（1）阐述了皮带输送机结构特点和故障类型及其特征，根据PLC技术机理设计了一套皮带输送机智能监控系统。

（2）把智能监控系统植入某矿主斜井皮带输送机系统，结果表明，皮带输送机智能监控系统能实现对设备的动态控制，确保皮带输送机节能、安全、高效运行，具有一定使用价值。