基于單法蘭差壓變送器安裝布置與全局監(jiān)控的礦井膠帶輸送系統(tǒng)改造

西曲礦3號(hào)井下現(xiàn)有三臺(tái)膠帶傳輸機(jī)，在改造之前所采取的監(jiān)控模式為“人工巡視＋局部單片機(jī)”，雖然這種控制理念不再適合現(xiàn)代化工廠，但是基本功能還是能實(shí)現(xiàn)的，例如，電機(jī)過(guò)熱過(guò)載保護(hù)、斷帶等情況，不過(guò)非常好不足的是各部分只是做好本身工作，并無(wú)聯(lián)系，并且地面監(jiān)控功能也缺少，那么企業(yè)就需要排安檢人員進(jìn)行不停地巡視，這種模式效率低下，故障無(wú)法立即被發(fā)現(xiàn)排除。而且這種情況下，作業(yè)人員的人身安全得不到保障，這套模式在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中早已經(jīng)被淘汰了。就現(xiàn)在狀況而言，井下的改造進(jìn)程已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)大部分重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控，而膠帶運(yùn)輸機(jī)作為其中不可或缺的一部分，它的改造需求也變得越來(lái)越強(qiáng)烈了。這篇文章所講解的內(nèi)容包括：一、分析整個(gè)膠帶運(yùn)輸機(jī)改造的過(guò)程，二、提出并設(shè)計(jì)基于單法蘭差壓變送器的膠帶運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)方案。

 

1膠帶運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造和設(shè)計(jì)方案

1.1系統(tǒng)功能

這次將使用單法蘭差壓變送器全局監(jiān)控系統(tǒng)作為本次的改造計(jì)劃。對(duì)比于之前設(shè)計(jì)的單片機(jī)自控模式，單法蘭差壓變送器系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于不僅因?yàn)槠滠浻布�已�?jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，而且還具有更好地抗干擾能力。并且，單法蘭差壓變送器系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)更多的功能，就比如數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、反饋、視頻監(jiān)控以及歷史查看等，這不僅能迅速知道整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的各種狀況，而且減輕了井下工作人員的負(fù)擔(dān)以及保障了安全。

 

1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

膠帶撕裂、跑偏、膠帶與滾筒打滑、膠帶溫度過(guò)高以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)過(guò)載等都為膠帶運(yùn)輸機(jī)經(jīng)常發(fā)生的故障。那么設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案就需要對(duì)以上會(huì)發(fā)生的故障情況進(jìn)行分析，變送器的選型與布置、整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建以及多角度研究井上監(jiān)控軟件開(kāi)發(fā)等。膠帶運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造方案總體布局設(shè)計(jì)除大部分硬件設(shè)施需重新進(jìn)行改造外，有些元器件是可以繼續(xù)利用的，如溫度監(jiān)測(cè)變送器和跑偏變送器等。

 

2變送器的選擇與安裝

依照所提出的要求，將要使用六種變送器作為本次設(shè)計(jì)，分別為煙霧變送器、速度變送器、跑偏變送器、溫度變送器、堆煤變送器以及撕裂變送器，在進(jìn)行選型的時(shí)候需要保證能帶到煤礦安全生產(chǎn)要求，也就是需要具備防爆、抗干擾以及能正常在惡劣環(huán)境中工作的優(yōu)勢(shì)。

2.1變送器的選擇

（１）撕裂變送器。膠帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行工作的時(shí)候，由于磨損和局部煤堵塞而經(jīng)常發(fā)生快速縱向撕裂，這導(dǎo)致煤塊落入輸送機(jī)底座中，所以重力可用作撕裂特征。GVD300壓力變送器放置在位于傳送帶下方框架中的固定距離處。

（２）跑偏變送器。因?yàn)樨?fù)載以及張力不均勻，必須使膠帶居中，如果膠帶發(fā)生偏離現(xiàn)象，膠帶必須停止并及時(shí)維修。膠帶偏心變送器可以安裝在膠帶輸送機(jī)兩側(cè)的特殊支架上，當(dāng)膠帶行進(jìn)到一定程度時(shí)，變送器觸點(diǎn)連接在一起。

（３）速度變送器。如果帶式輸送機(jī)的從動(dòng)端滾筒和從驅(qū)動(dòng)端滾筒的速度不匹配，對(duì)造成膠帶打滑現(xiàn)象，這樣就會(huì)造成堆煤以及電機(jī)燒毀等情況，因此必須監(jiān)控從動(dòng)滾筒的旋轉(zhuǎn)速度。為了能實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)器運(yùn)行情況，需要將GSC10速度變送器的摩擦滾輪與從動(dòng)滾輪內(nèi)配合。

（４）溫度變送器。由于傳動(dòng)膠帶和滾輪長(zhǎng)時(shí)間摩擦接觸，膠帶和電機(jī)的溫度隨主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)荷的大小而變化，因此如果溫度超過(guò)一定溫度，膠帶和電機(jī)就不能正常工作，甚至燒毀。電機(jī)側(cè)以及從動(dòng)滾筒側(cè)都需要配備GWD100型溫度變送器。

（５）堆煤變送器。膠帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行工作時(shí)會(huì)有堆煤現(xiàn)象產(chǎn)生，為了杜絕這種現(xiàn)象，需加入GUJ30型堆煤變送器，它的安裝位置在機(jī)頭溜煤眼與膠帶相交之處，當(dāng)煤堆、整個(gè)倉(cāng)庫(kù)或煤層超過(guò)極限時(shí)，堆煤變送器就會(huì)被起動(dòng)，同時(shí)運(yùn)輸機(jī)也停止工作。

（６）煙霧變送器。在機(jī)頭上選安裝GQQ0.1型煙霧探測(cè)器，這樣能防止傳送帶或電機(jī)燒毀造成火災(zāi)。當(dāng)煙霧濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，變送器觸發(fā)裝置就開(kāi)始運(yùn)行。噴霧裝置將進(jìn)行滅火與冷卻工作。

 

2.2變送器布置

確定變送器型號(hào)和安裝位置后，如圖1所示為放置的變送器，并需要留出單法蘭差壓變送器控制系統(tǒng)的端子。

 

3單法蘭差壓變送器控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

井下控制電柜與單法蘭差壓變送器控制系統(tǒng)的組件集成在一起，如圖2所示為電氣面板的硬件組件，包括CPU，RAM/ROM，I/O口，電源模塊以及外部設(shè)備編程模塊。以上硬件設(shè)計(jì)和單法蘭差壓變送器系統(tǒng)的選擇shou先依照變送器的放置和操作確定單法蘭差壓變送器的輸入狀態(tài)以及輸出控制目標(biāo)，#后計(jì)算輸入/輸出節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和類型。估算CPU容量和內(nèi)存要求，具體取決于其他設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際需求，然后需要進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查選取相對(duì)合適的價(jià)格。SIEMENSSIMATICS7-300單法蘭差壓變送器被選為集成電氣控制設(shè)備。這種單法蘭差壓變送器控制穩(wěn)定，通訊可靠，集成度高而且故障率低，適用于各種工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。

因?yàn)镃PU是系統(tǒng)自帶的，功能是僅處理數(shù)字量，因此輸入開(kāi)關(guān)的模擬量需要專用的模擬擴(kuò)展模塊來(lái)執(zhí)行傳輸。此外，要在井中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程PC監(jiān)控，工業(yè)以太網(wǎng)模塊EM23是少不了的。

4監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

為了便于現(xiàn)場(chǎng)短距離控制和維護(hù)調(diào)試，需要在每個(gè)膠帶輸送機(jī)附近配備一個(gè)控制柜，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)能從外部顯示器上進(jìn)行觀察。并且，控制臺(tái)具有系統(tǒng)和設(shè)備的啟動(dòng)和停止按鈕。需要將檢測(cè)系統(tǒng)用光纖與三個(gè)控制柜進(jìn)行相連，并入骨主干網(wǎng)，#終到達(dá)地面，這樣就完成了遠(yuǎn)距離功能的實(shí)現(xiàn)。

除此之外，為了實(shí)現(xiàn)各部分之間的數(shù)據(jù)通信，采用適用于單法蘭差壓變送器的PROFIBUS-DP型通信協(xié)議和各種分布式輸入/輸出設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。并且，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更方便和有效，因?yàn)橄到y(tǒng)自己選擇的315-2DP型CPU具有上述通信協(xié)議的主從接口。

 

5井上監(jiān)控軟件開(kāi)發(fā)

依照此改造的要求，井上PC監(jiān)控軟件應(yīng)具備的功能有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，變送器信號(hào)分析和顯示，遠(yuǎn)程設(shè)備緊急停止等。所以，該項(xiàng)目為西曲礦3號(hào)地下礦開(kāi)發(fā)了三臺(tái)膠帶輸送機(jī)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)PC側(cè)的監(jiān)控界面。應(yīng)該注意的是，井上監(jiān)控軟件沒(méi)有遠(yuǎn)程設(shè)備啟動(dòng)功能，以確保設(shè)備維護(hù)人員的安全。

 

6應(yīng)用效果

起始在2019年，該安裝調(diào)試到現(xiàn)在已經(jīng)有兩年時(shí)間了，到現(xiàn)在依然效果完好，三條膠帶運(yùn)輸機(jī)的異常停機(jī)維修時(shí)間相比于以前降低了21%，巡檢人員的人數(shù)也以前少了1/３，電機(jī)燒損等重大生產(chǎn)事故到目前為止還未出現(xiàn)，在人員以及生產(chǎn)設(shè)備的安全上得到了保障。并且，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行管理，煤礦企業(yè)的工作效率就能大幅度提高，讓企業(yè)能得到不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)效益。