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矿用带式输送机保护装置的技术现状分析

更新时间 2011-5-11 22:10:54 点击数:

矿用带式输送机保护装置的技术现状分析
    王 鹏1,李尊衷2,王哲华3( 1. 苏州经贸职业技术学院 机电系,江苏 苏州 215031;2. 皖北煤电公司 钱郢孜煤矿,安徽 宿州 235000;
    3. 宿州科力电器有限公司,安徽 宿州 235000)摘 要: 带式输送机保护装置是矿用带式输送机高效、安全运行的重要保证。根据控制部件和技术不同,带式输送机保护装置典型形式有模拟电路和继电器构成的保护装置、智能芯片为核心的保护装置,以 PLC 为核心的保护监控系统及各类单一功能的保护仪器。保护装置千差万别,但前端检测方法大同小异。对打滑检测、堆煤检测、跑偏检测、温度检测、烟雾检测和皮带纵向撕裂检测的原理、特点、传感器安装作了详细分析。
     关键词: 保护装置; 带式输送机; 煤矿; 检测技术
  1 文献标志码: B 文章编号: 1003 - 496X( 2011) 04 - 0163 - 04近年来我国煤矿开采技术有了很大进步,采掘机械化程度迅速提高,对运输系统及其配套装置也提出迫切需求〔1〕。为保证煤矿井下带式输送机的安全运行,《煤矿安全规程》明确规定: “采用滚筒驱动带式输送机运输时,必须装设驱动滚筒防滑保护、堆煤保护和防跑偏装置; 应装设温度保护、烟雾保护和自动洒水装置”〔2〕。在信息技术发展的引领下,近年来带式输送机保护装置得到迅猛的发展。各生产厂家和科研院所相继研制出多种类型和功能的保护装置。
    1 带式输送机保护装置的典型形式带式输送机保护装置配套不同类型的传感器组成各种功能的控制系统,可实现打滑保护、烟雾保护、温度保护、堆煤保护等多种保护功能。核心部件多是由硬线逻辑电路、运算放大器、CMOS 集成电路、单片机、PLC 等构成。因各厂家采用的技术不同,具体性能、结构形式差别较大。
    1. 1 模拟电路和继电器构成的保护装置传统的胶带机综合保护器多采用这种类型。如曾获得原能源部科技进步三等奖的 PZB - J1 带式输送机综合保护监控仪,具备综合保护、集中控制、通讯等三大功能,工作可靠、安装方便〔3〕。整个装置采用模块式结构,分成隔爆型电源及执行模块、本质安全型主控模块、本质安全型传感器模块、本质安全型超温自动洒水模块等。 这类装置控制功能灵活,既可以实现单台控制,又可实现对多台带式输送机系统的集中控制。保护装置还可设置通讯联络功能,通过扬声器与沿线人员联系; 通过在变压器电源侧加装半波整流电路和继电器,使闭锁电路和启动电路分开,可增强防违章操作闭锁功能〔4〕。
    1. 2 智能芯片为核心的保护装置这类保护装置多是以单片机、DSP( 数字信号处理芯片) 、可编程逻辑器件等智能控制芯片为核心设计,对带式输送机运行状态进行实时监测,实现手动、自动启停控制,温度、速度、堆料、跑偏、胶带撕裂等保护,及烟雾、CO 浓度超限报警及自动洒水等。 这类装置间的数据通讯多采用 RS - 485 串行总线进行,可上传到主控室的煤矿集中监控系统中。 基于工业总线的分布式控制系统也开始出现,如某种带式输送机分布式智能控制系统以 DSP 为核心构成控制节点,每个节点都具有 CAN 总线接口。通过 CAN 总线进行监测信号、控制信号和保护信号的传输〔5〕。但总体来看,这类保护装置仍属于 DAS 系统( 数据采集系统) ,虽有简单的控制功能,信号采集、监测仍是其主要任务。
    1. 3 以 PLC 为核心的保护监控系统PLC 组成的监控系统可靠性高、使用方便,能适应带式输送机复杂多样的控制和保护要求。因此出现了很多以 PLC 为控制部件的带式输送机保护监控系统。
    典型的 PLC 保护监控系统由电气控制部分、保护用传感器及计算机终端组成〔6〕。其中 PLC 是控制核心,与外围传感器配合,按一定保护策略对输送机运行实施保护和控制; 各种传感器直接或间接连接到 PLC 上提供输入信号( 基本为开关量信号) ,PLC 通过程序完成信号的采集、比较、报警、直接控制等; 计算机终端是客户监控端( 上位机) ,用户通过上面的组态监控程序远程监测带式输送机的实时运行状况,监视传感器的工作状态。
    这类系统兼顾保护、控制功能,使检测到的信息得以共享。除能实现单机控制外,还可以方便地组网,以满足大范围监控的需求。
    1. 4 单项保护装置 工业现场除使用以实现“六大保护”为主的综合保护器,结合保护、电机控制的多功能保护系统外,还大量使用具备断带、传送带撕裂、打滑、跑偏、张力超限等单项保护功能的保护装置。 如鹤煤集团四矿使用的钢丝绳芯输送带横向断裂监测装置,采用 X 射线进行无损探测,能实时、连续观察带内钢丝绳的动态图像,自动计算输送带任何部位的强度和接头伸长量是否在规定的标准范围内,具有超标报警显示功能〔7〕。神华准格尔黑岱沟煤矿工作面采用的带式输送机胶带打滑保护装置,通过监测驱动滚筒和非驱动滚筒的转速差监控胶带打滑。用接近开关作为计数器记录驱动滚筒和非驱动滚筒转动时产生的脉冲信号,输入到信号转换器上转换为 4 ~20 mA 电流信号,再输入 PLC 中进行计算比较,从而实现保护停机。
    对各类保护装置的基本情况可进行列表比较,2 带式输送机保护装置的检测技术带式输送机保护装置为保证机器的正常运行,需要利用各类机械机构、传感装置检测速度、温度、压力、烟雾浓度等信号,选择合理的检测技术显得十分重要。虽然在用的保护装置千差万别,但采取的检测方法大同小异,下面将按保护形式逐一分析。
    2. 1 打滑检测 当带式输送机运行时,驱动滚筒与输送带的接触部分产生位移并持续一定时间时认为出现打滑,要求输送机延时停机并报警。 检测中通常利用速度传感器检测驱动滚筒与导向滚筒之间的速度差,当其达到某个范围时,延时一段时间( 10 s 左右) 后切断驱动电机的控制电路,实现停机和报警。也可以利用接近开关检测驱动电机附近下托辊的转动情况判别是否出现打滑。托辊每转动一次,接近开关产生一个方波脉冲输入到保护装置中。当输送带出现打滑、撕裂时,产生的脉冲数小于设定值或不连续,保护装置延时切断电动机控制电路,从而保护输送机。也可以采用传感器检测带速判断打滑。当带速超过正常值的 10% 或低于其正常值的 30%进行保护。
    使用的测速传感器有磁感应传感器、磁阻式传感器、光电传感器、霍尔传感器、舌簧管式传感器及测速电机等。霍尔传感器因具有经济、可靠、稳定等特点,在测速机构中得到推广应用。
    2. 2 堆煤检测 当卸载点的煤发生堆积或卸载溜槽堵塞,煤位超出预定位置并持续一定时间时,堆煤保护采取延时停机保护措施。保护装置通常安装在煤仓上口或是安装在两部带式输送机搭接处。 检测方法主要有碰触式煤位开关法和煤位探头法。传统的机械式煤位开关是在煤堆上升使得传感器导杆偏离中心线 45°时触点动作,实现保护目的。  也有采用盛有水银的铸钢筒构成的传感器。正常时传感器垂直悬挂,铸钢筒两支路间有水银沟通,电路通路。当煤堆起来后传感器被托起,发生倾斜,达到45°时,支路间不连通,电路断路,由此实现保护功能。电极式探头检测的原理是在煤位电极接触到煤堆后,相关电路的输出电平发生改变,延时后驱动继电器动作,切断控制电路。
    2. 3 跑偏检测 式输送机的输送带运行超出了托辊端部边缘认为出现跑偏,发生跑偏,保护装置应报警,超出托辊边缘 20 mm,保护装置中止输送机的运行〔9〕。  检测时跑偏传感器一般安装在机头、机尾等输送带容易跑偏处,距机头、机尾滚筒 1 ~2 m 处各装1 对,上胶带每 50 m 安装 1 组,下胶带每 100 m 安装 1 组。当带式输送机的输送带运行超出托辊边缘一定距离( 20 mm) ,或跑偏传感器导杆偏离一定角度( 15° ~2

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