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带式输送机集控系统设计与应用

作者:四川天屿翔机械设备有限公司 浏览: 发表时间:2023-11-13 10:34:26

带式输送机是煤矿井下运输煤炭的主要设备之一,在一个采区往往存在多条带式输送机,且其控制系统和保护装置并不统一,工作人员为了掌握所有带式输送机的运行状态和进行启停操作,需要到不同现场对不同设备进行操作,增加了作业成本。为了将井下带式送机的状态监视、保护报警和控制操作等集中起来,将集控系统应用于带式输送机,并配置了各类传感器,完善了带式输送机的综合保护系统,可提高井下煤炭运输效率。

 

1   集控系统结构

 

带式输送机集控系统结构简图如图1所示所有的设备按照功能和所处位置可分为3个层次,第一层是位于地面上的信息管理层,主要设备是工控上位机及工业电视,负责井下皮带运行数据的监控;第二层是数据通信层,主要设备是矿用交换机和工业以太环网,矿用交换机布置在地面监控室,工业以太环网布置在井下,通过1 000 M 网络将所有的现场子站联系起来; 第三层是现场控制层,主要设备是以KTC101为核心的子站及各类传感器,子站通过模拟量输入模块采集传感器产生的各类数据,并发送到以太网中,通过数字量输入模块接收故障状态、操作按钮等开关量开入信号,获取皮带运输机的工作状态,通过数字量输出模块向电机、洒水装置等设备发出开关量开出信号完成洒水、电机启停等操作

 

信息管理层。工控上位机又称为地面操作员工作站,在此主机上可完成对皮带运输机的监视 和自动控制,监视内容包括皮带运输机和传感器的故障状态、现场传感器采集的各类参数,自动控制内容包括皮带运输机电机正常启停和故障停机。

 

数据通信层。数据通信层采用了“以太网+现场总线”的网络结构,1 000 M 工业以太网采用了嵌入式技术和链路聚合技术,使得集控系统数据传输可靠性更高、实时性更好。现场各类传感器使用现场总线技术将所有的信息通过485 串口发送至分站,为了使信息传输更加统一开放,将这些现场总线接口统一转换为RJ45 光口,这样就可以在以太网上传播。

 

现场控制层。 皮带运输机的控制系统采用KTC101,能通过通讯接口连接集控系统分站,将所有的传感器信息和控制器控制权限集中起来,达到集中监视、集中控制的目的。


 

2   系统故障及保护功能

 

带式输送机常出现的故障有:滚筒打滑、 皮带堆煤、皮带跑偏、 烟雾、 温度过高、皮带松弛、 皮带撕裂等。 针对上述故障, 集控系统集成了相应的保护功能,通过安装传感器监测皮带输送机的运行状态,判断是否有故障发生,如果发生了故障,首先判别故障类型,然后发出相应的信号,通过继电器驱动相应的执行机构进行停机或洒水降温等操作,保护设备的安全。

 

滚筒打滑。带式输送机出线打滑的原因有:物料超载;滚筒和皮带之间落有异物,导致摩擦力下降;皮带跑偏后卡在滚筒上,滚筒空转而皮带不转;张紧装置异常导致皮带张力不够


跑偏保护。带式输送机跑偏的原因有:滚筒上两端粘煤,导致半径差别较大致使皮带发生倾斜;在煤炭落在皮带上时分布不均匀,在长期的运行后导致皮带两端长度不等;拉紧装置、托辊等机构发生故障导致皮带跑偏。

 

堆煤保护。带式输送机上堆积大量煤料的原因有:启动时机头堆积物料;大块物料阻挡了其它物料;带式输送机已经停机,在惯性的作用下仍然向皮带装载一定量的物料。堆煤会导致皮带打滑、电机堵转甚至电机绕组烧毁

 

温度保护。带式输送机出线温度过高的原因主要是皮带和滚筒打滑滑动摩擦积累的热量导 致胶带老化,甚至可能点燃粉尘等。因此设置温度保护在监测到皮带温度超过一定值时发出温度保护信号,并且启动洒水,为皮带降温。

 

撕裂保护。带式输送机发生撕裂的原因有:皮带打滑、皮带跑偏;在水滴长期作用下穿透胶带;胶带老化等。

 

 

3   传感器选型

 

电感式防滑保护器。常见的带式输送机防滑保护器有滚轮式和电感式,电感式防滑保护器价格低廉且稳定性较好,因此防滑传感器选择安装此类保护装置。电感式防滑保护器由磁铁、支架和速度传感器等构成,将此贴安装在滚筒两侧,速度传感器安装在支架上在皮带输送机运行时,速度传感器切割磁感线,从而得到胶带的运行速度,将此运行速度与电机滚筒的运行速度进行比较,如果出现较大差异则发出胶带打滑信号

 

跑偏传感器。跑偏传感器的型号为GEJ-15/30这款传感器由探杆、线嘴、跑偏箱体、旋转机构、行程开关和端子等部件组成,在皮带跑偏时,会触碰到探杆探杆转动带动凸轮旋转,凸轮带动行程开关动作,输出报警或停车信号。

 

堆煤传感器。堆煤传感器的型号为KGU3B堆煤传感器通过4号线和5号线之间的电阻判断是否出现堆煤,将堆煤传感器悬于皮带正上方,当出线物料堆积时,皮带上物料的高度增加,4号线和5号线之间的电阻减小,发出出堆煤信号。

 

温度传感器。 温度传感器有温敏元件、热继电器等,考虑到使用寿命和安装便捷等因素,选用红外温度传感器

 

烟雾传感器。烟雾传感器采用GQG0.1 型,这款传感器可以在火灾发生早期准确及时地探测 到皮带产生的烟雾,输出信号为标准的开关信号,无烟时继电器接点接通,有烟时继电器接点断开,除了开关信号,还可以输出电流信号无烟时1.0 mA ,有烟时为5.0 mA。在探测到有烟时可在60 秒内发出声报警。

 

撕裂传感器。撕裂传感器型号为GVD1200,这种传感器采用压敏原理制成,外形为长方形,外边罩有防水布袋,通过两端的钢丝绳安装在带式输送机上,可以配合带式输送机综保装置,向其输出标准开关量信号。安装撕裂传感器时在胶带下方在胶带发生撕裂时物料会渗漏到传感器的托盘上,当托盘上的物料质量达到一定值时,托盘上的杠杆转动,带动限位开关发出电信号。

 

4   上位机设计

 

西曲矿南翼3条集中皮带和北翼2条集中皮带均使用KTC101控制系统。KTC101采用的是嵌 入式技术,上位机采用嵌入式计算机,并配有两个标准串口。皮带输送机在运行过程中会由于各种原因发生损坏或者故障,因此集控系统的一大作用就是使运行人员及时发现这些问题,为停机检修争取时间。本集控系统采用力控组网实现网络监控,工作人员可以在力控组态软件中启停I/O 站点、启停皮带机、监视运行情况、记录运行数据等。发生故障后,警报信息直接上送到集控中心,在Access 数据库中存储,供远程查阅。KTC101 中的以太网模块使得监控系统与无线路由器连接,工作人员可以在安卓手机中安装相应的APP来获取皮带运输机的运行数据,随时完成监控。

 

5   保护程序设计

 

KTC101内编写保护程序时采用模块化方式编程。保护程序的流程如图2 所示,该程序即为集控系统的保护子程序,被主程序调用。正常运行过程中,主程序不断调用保护程序,以查询的方式依次对是否跑偏、是否打滑、是否急停、是否堆煤、是否温度超限、是否发生烟雾、是否产生撕裂进行访问,如果发生上述任何事件则发出报警信号,然后停机,如果未发生上述事件则继续正常运行,等待下一次查询访问 。

 

带式输送机张紧装置和防跑偏程序流程如图3 所示,在皮带运输机正常运行之后,通过光电对管监测皮带位置,判断此时皮带张力是否处在正常范围之内,如果皮带张力小于正常范围,则张紧装置的电机正转一定角度,使皮带张力增大,反之皮带张力大于正常范围,则张紧装置的电机反转一定角度,使皮带张力减小,维持张力平衡。皮带张力调节正常之后,通过左右跑偏传感器检测皮带是否发生偏移,在左偏和右偏严重时直接迫使设备急停,如果跑偏传感器未检测到跑偏信号,则皮带正常运行。




6   应用情况

 

西曲矿对南翼和北翼皮带分别进行集中控制,南翼集中系统覆盖南翼1# 皮带、2# 皮带、3# 皮带,北翼集中系统覆盖北翼1# 皮带、2# 皮带。自2016 年起,各皮带机的电流、频率和温度等信号全部上传至控制系统内,实现了对各部皮带的集中启停控制。根据南翼和北翼皮带运行数据统计,在应用集中控制系统后的应用效益体现在三个方面:一是在性能上,在可靠性提高的基础上,还增加了调速功能;二是在经济上,与应用集中控制之前相比,调速功能可以为皮带系统节约1/10 的电能消耗;三是在人员上,经改造后的皮带输送机可以实现远程操控,减少了23 名一线作业人员 。

 

7   结语

 

在西曲矿的现场实践证明,将集控系统应用于井下带式输送机,控制分站将所有带式输送机 KTC101 控制系统信息集中起来,通过各类传感器的数据,发送到地面主站,提高了煤矿带式输送机的自动化程度,可以大大提高工作效率,减少劳动强度,节省运行成本。


 

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