智能化膠帶輸送機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測平臺設(shè)計(jì)

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摘要：本文介紹了智能化膠帶輸送機(jī)的故障類型，國內(nèi)外先進(jìn)監(jiān)測和研究方法，通過設(shè)計(jì)研究一套集所有故障為一體的綜合故障監(jiān)測平臺，通過實(shí)現(xiàn)下位機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)（機(jī)頭和機(jī)尾）的硬件及軟件設(shè)計(jì)，上位機(jī)與下位機(jī)之間的串行通信，達(dá)到綜合實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。

關(guān)鍵詞：智能化膠帶輸送機(jī)；監(jiān)測平臺；實(shí)時(shí)；通訊系統(tǒng)

鋼繩芯膠帶輸送機(jī)是煤礦普遍使用的一種重型運(yùn)輸設(shè)備，是煤礦井下生產(chǎn)運(yùn)輸和自動輸送裝車的核心設(shè)備，其運(yùn)行狀況直接影響煤礦的生產(chǎn)效率和安全系數(shù)。鋼繩芯膠帶輸送機(jī)接頭斷裂、縱向撕裂和起火事故時(shí)有發(fā)生，至今仍然沒有較為可靠的綜合監(jiān)測系統(tǒng)，因而加強(qiáng)對鋼繩芯膠帶故障的在線監(jiān)測方法和技術(shù)的研究勢在必行。

1鋼繩芯膠帶輸送機(jī)故障類型

根據(jù)調(diào)查問卷顯示，鋼繩芯膠帶輸送機(jī)的主要故障為接頭斷裂、縱向撕裂、膠帶起火，這3中類型的故障占到所有故障的2/3。由于接頭是易受損傷部件，導(dǎo)致鋼繩芯膠帶橫向斷裂幾乎無一例外都發(fā)生在接頭位置，主要是因?yàn)榱蚧宇^的強(qiáng)度保持率不夠。縱向撕裂是由于一些棒料物插入輸送帶，大塊長形矸石掉在輸送帶上，機(jī)架某些固定部位劃傷或掛住膠帶，鐵絲鉤住輸送帶等，就將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，國內(nèi)出現(xiàn)了不少監(jiān)測方法和裝置。概括起來主要分為發(fā)生撕裂后輸送帶外部和內(nèi)部參數(shù)特性變化兩類監(jiān)測方式。其中，外部監(jiān)測方法包括棒型監(jiān)測器、弦線式監(jiān)測裝置、擺動托輥監(jiān)測器、漏料監(jiān)測裝置。內(nèi)部監(jiān)測方法包括振動傳感監(jiān)測器、膠帶內(nèi)部埋嵌導(dǎo)體的監(jiān)控、超聲波監(jiān)測系統(tǒng)等。膠帶輸送機(jī)火災(zāi)事故約占工礦火災(zāi)事故的20%，因而世界各國均對該項(xiàng)技術(shù)的研究非常重視，做了不少研究工作，主要集中在以下幾個(gè)方面：驅(qū)動滾筒溫升監(jiān)測、滾筒打滑監(jiān)測、煙霧報(bào)警監(jiān)測等。

2在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1技術(shù)實(shí)現(xiàn)背景

針對國內(nèi)外對鋼繩芯膠帶輸送機(jī)各種監(jiān)測方法的研究與應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)目前的監(jiān)測方法、方式花樣繁多，但避免故障發(fā)生的作用并不是非常明顯。原因是沒有一個(gè)綜合的在線監(jiān)測控制平臺對所有監(jiān)測方法進(jìn)行集成，因此，本文采用組態(tài)軟件將國內(nèi)外先進(jìn)的監(jiān)測方法集為一體，設(shè)計(jì)研究一套全方位、多角度、無死角的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺。本文的研究對象選擇山西省西山礦務(wù)局馬蘭煤礦地主斜井輸送機(jī)，井筒斜長767.72m，傾角22°。運(yùn)輸能力：Q=600t/h，提升高度：H=291.1m，帶寬：B=1000mm，帶速V=3.15m/s，物料粒度：0～300mm原煤，物料散密度：γ=1.41t/m3。

2.2下位機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）機(jī)頭監(jiān)測部分設(shè)計(jì)。我們采用上位PC機(jī)作監(jiān)測主站，收集機(jī)頭和機(jī)尾的80C196KB以及溫度監(jiān)測的AT89C2051單片機(jī)的測量數(shù)據(jù)，從而形成一個(gè)主從式分布測量系統(tǒng)。膠帶輸送機(jī)機(jī)頭監(jiān)測部分主要包括接頭斷帶監(jiān)測、機(jī)頭主動滾筒打滑監(jiān)測和機(jī)頭皮帶跑偏監(jiān)測三部分內(nèi)容，同時(shí)，還包括報(bào)警顯示和參數(shù)輸入功能，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。對于機(jī)頭監(jiān)測系統(tǒng)，其狀態(tài)顯示與報(bào)警部分直接購買配套產(chǎn)品，我們主要開發(fā)了機(jī)頭主機(jī)板、機(jī)頭信號處理板、LED顯示3塊電路板，來構(gòu)成機(jī)頭的監(jiān)測系統(tǒng)。（2）機(jī)尾監(jiān)測部分。機(jī)尾監(jiān)測部分主要包括機(jī)尾撕帶監(jiān)測、托輥超溫監(jiān)測和滾筒打滑監(jiān)測三大部分內(nèi)容，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于機(jī)尾監(jiān)測的主機(jī)板與機(jī)頭的相同，而機(jī)尾沒有報(bào)警板，由于機(jī)尾的落料口的距離較遠(yuǎn)，我們在每個(gè)撕帶監(jiān)測點(diǎn)用一套撕帶擴(kuò)展板，就近將機(jī)尾的撕帶信號出路放大后送入機(jī)尾處理板，因此，我們就機(jī)尾監(jiān)測系統(tǒng)劃分為機(jī)尾主機(jī)板、機(jī)尾撕帶擴(kuò)展板和機(jī)尾處理板三大部分。（3）監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)也包括機(jī)頭、機(jī)尾和環(huán)境溫度監(jiān)測三部分的軟件設(shè)計(jì)，其中機(jī)頭部分與機(jī)尾和環(huán)境溫度部分相比，還多承擔(dān)了參數(shù)輸入、膠帶機(jī)故障診斷與狀態(tài)顯示等功能，主要實(shí)現(xiàn)的功能包括系統(tǒng)機(jī)頭監(jiān)測參數(shù)的設(shè)置，機(jī)尾監(jiān)測參數(shù)的設(shè)置，環(huán)境溫度報(bào)警閾值的設(shè)置，機(jī)頭監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與運(yùn)算，膠帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)判斷、膠帶運(yùn)行狀態(tài)的顯示和故障報(bào)警，監(jiān)測參數(shù)的接收和數(shù)據(jù)的上報(bào)等，其程序機(jī)構(gòu)圖見圖3，主要分成系統(tǒng)初始化、定時(shí)器中斷、HIS輸入與EXTINT中斷和通信中斷幾大部分。

2.3上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在本測量系統(tǒng)中，我們采用主從式測量系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對膠帶機(jī)工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測與故障診斷，上位機(jī)選用普通PC作為主機(jī)，負(fù)責(zé)下位機(jī)現(xiàn)場的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和存儲，運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)工況分析與故障診斷，膠帶接頭損傷的趨勢分析，監(jiān)測系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定，顯示記錄與故障報(bào)警，以及測量參數(shù)的查詢等。膠帶輸送機(jī)狀態(tài)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)如圖4所示，主要完成與下位機(jī)通信、測量數(shù)據(jù)的顯示、接頭剛度回歸計(jì)算、故障報(bào)警和趨勢分析等功能。圖中所示，上半部顯示膠帶接頭測量的實(shí)時(shí)參數(shù)，包括實(shí)時(shí)測量的接頭長度，接頭的伸長量，張力和膠帶速度，膠帶機(jī)頭主動滾筒、機(jī)尾從動滾筒的滑差率。下部為膠帶機(jī)環(huán)境溫度各測點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度顯示；中間分別為系統(tǒng)時(shí)間和膠帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)膠帶機(jī)各項(xiàng)參數(shù)都正常時(shí)，膠帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)將顯示正常，且綠燈閃爍；當(dāng)膠帶機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，在狀態(tài)框內(nèi)將會以紅色指示燈閃爍的形式報(bào)警故障類型和故障位置，同時(shí)伴有聲音報(bào)警，該報(bào)警將會一直持續(xù)下去，直到我們用鼠標(biāo)雙擊膠帶輸送機(jī)狀態(tài)框；當(dāng)多個(gè)故障同時(shí)發(fā)生時(shí)，按照故障的嚴(yán)重程度來報(bào)告，狀態(tài)欄只顯示報(bào)告前面的故障，但是可以在輸送機(jī)狀態(tài)查詢中察看膠帶輸送機(jī)的詳細(xì)故障記錄。2.4上位機(jī)與下位機(jī)之間的串行通信整個(gè)系統(tǒng)屬于主從式監(jiān)測系統(tǒng)（如圖5所示），由一個(gè)上位機(jī)（PC機(jī)）和多個(gè)下位機(jī)構(gòu)成。上位機(jī)用來接收各下位機(jī)的數(shù)據(jù)，并將其進(jìn)行處理、顯示（如變化曲線或數(shù)據(jù)表格）、打印等，同時(shí)，向各下位機(jī)發(fā)布控制命令，以實(shí)現(xiàn)集中管理和最優(yōu)控制。下位機(jī)的任務(wù)就是采集各點(diǎn)數(shù)據(jù)并對各點(diǎn)進(jìn)行控制。上位機(jī)與多個(gè)下位機(jī)連接的通信接口電路如圖6所示。圖7就是通信服務(wù)程序界面，利用MSCOMM控件實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，界面上顯示了下位機(jī)各監(jiān)測位置傳輸給上位機(jī)的數(shù)據(jù)信號。界面上的系統(tǒng)標(biāo)定主要用來設(shè)置下位機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的原始參數(shù)，包括機(jī)頭參數(shù)和機(jī)尾參數(shù)設(shè)置，由上位機(jī)將數(shù)據(jù)傳遞給下位機(jī)。機(jī)頭參數(shù)設(shè)置包括機(jī)頭滾筒直徑和轉(zhuǎn)向滾筒直徑，用來計(jì)算機(jī)頭滾筒速度和膠帶速度；機(jī)尾參數(shù)設(shè)置包括機(jī)尾滾筒直徑和縱向撕裂積分閾值，分別用來計(jì)算機(jī)尾滾筒速度和進(jìn)行膠帶縱向撕裂積分的比較。

3結(jié)語

本文在深入研究膠帶輸送機(jī)故障的監(jiān)測與診斷方法的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一套綜合膠帶輸送機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測平臺。對各監(jiān)測站點(diǎn)的信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，便于膠帶機(jī)整體狀況的監(jiān)測和管理。實(shí)現(xiàn)了各監(jiān)測站點(diǎn)之間的通信，各傳感器之間的融合應(yīng)用。既可以上下位機(jī)之間形成一統(tǒng)一整體，在環(huán)境不許可的情況下，還可以單獨(dú)將下位機(jī)構(gòu)成一整體，進(jìn)行膠帶機(jī)的離線監(jiān)測。

作者:謝厚正 李飛 胡修慧 亓宏文 臧曉云 單位:泰安市工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)中心 泰山智能制造產(chǎn)業(yè)研究院