基于單法蘭差壓變送器安裝布置與全局監控的礦井膠帶輸送系統改造

西曲礦3號井下現有三臺膠帶傳輸機，在改造之前所采取的監控模式為“人工巡視＋局部單片機”，雖然這種控制理念不再適合現代化工廠(chǎng)，但是基本功能還是能實(shí)現的，例如，電機過(guò)熱過(guò)載保護、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，這套模式在現代化生產(chǎn)過(guò)程中早已經(jīng)被淘汰了。就現在狀況而言，井下的改造進(jìn)程已經(jīng)能實(shí)現大部分重點(diǎn)設備進(jìn)行自動(dòng)化監控，而膠帶運輸機作為其中不可或缺的一部分，它的改造需求也變得越來(lái)越強烈了。這篇文章所講解的內容包括：一、分析整個(gè)膠帶運輸機改造的過(guò)程，二、提出并設計基于單法蘭差壓變送器的膠帶運輸機監控系統方案。

 

1膠帶運輸機監控系統改造和設計方案

1.1系統功能

這次將使用單法蘭差壓變送器全局監控系統作為本次的改造計劃。對比于之前設計的單片機自控模式，單法蘭差壓變送器系統的優(yōu)勢在于不僅因為其軟硬件已經(jīng)標準化和模塊化，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還能實(shí)現更多的功能，就比如數據采集、傳輸、分析、反饋、視頻監控以及歷史查看等，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擔以及保障了安全。

 

1.2系統設計方案

膠帶撕裂、跑偏、膠帶與滾筒打滑、膠帶溫度過(guò)高以及驅動(dòng)電機過(guò)載等都為膠帶運輸機經(jīng)常發(fā)生的故障。那么設計系統方案就需要對以上會(huì )發(fā)生的故障情況進(jìn)行分析，變送器的選型與布置、整體系統的設計與調試、監控網(wǎng)絡(luò )構建以及多角度研究井上監控軟件開(kāi)發(fā)等。膠帶運輸機監控系統改造方案總體布局設計除大部分硬件設施需重新進(jìn)行改造外，有些元器件是可以繼續利用的，如溫度監測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計，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。

2.1變送器的選擇

（１）撕裂變送器。膠帶運輸機進(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，這導致煤塊落入輸送機底座中，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。因為負載以及張力不均勻，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兩側的特殊支架上，當膠帶行進(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。如果帶式輸送機的從動(dòng)端滾筒和從驅動(dòng)端滾筒的速度不匹配，對造成膠帶打滑現象，這樣就會(huì )造成堆煤以及電機燒毀等情況，因此必須監控從動(dòng)滾筒的旋轉速度。為了能實(shí)時(shí)監控機器運行情況，需要將GSC10速度變送器的摩擦滾輪與從動(dòng)滾輪內配合。

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

（５）堆煤變送器。膠帶運輸機進(jìn)行工作時(shí)會(huì )有堆煤現象產(chǎn)生，為了杜絕這種現象，需加入GUJ30型堆煤變送器，它的安裝位置在機頭溜煤眼與膠帶相交之處，當煤堆、整個(gè)倉庫或煤層超過(guò)極限時(shí)，堆煤變送器就會(huì )被起動(dòng)，同時(shí)運輸機也停止工作。

（６）煙霧變送器。在機頭上選安裝GQQ0.1型煙霧探測器，這樣能防止傳送帶或電機燒毀造成火災。當煙霧濃度超過(guò)設定值時(shí)，變送器觸發(fā)裝置就開(kāi)始運行。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的端子。

 

3單法蘭差壓變送器控制系統硬件設計與實(shí)現

井下控制電柜與單法蘭差壓變送器控制系統的組件集成在一起，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備編程模塊。以上硬件設計和單法蘭差壓變送器系統的選擇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，#后計算輸入/輸出節點(diǎn)的數量和類(lèi)型。估算CPU容量和內存要求，具體取決于其他設備的經(jīng)驗和實(shí)際需求，然后需要進(jìn)行市場(chǎng)調查選取相對合適的價(jià)格。SIEMENSSIMATICS7-300單法蘭差壓變送器被選為集成電氣控制設備。這種單法蘭差壓變送器控制穩定，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。

因為CPU是系統自帶的，功能是僅處理數字量，因此輸入開(kāi)關(guān)的模擬量需要專(zhuān)用的模擬擴展模塊來(lái)執行傳輸。此外，要在井中實(shí)現遠程PC監控，工業(yè)以太網(wǎng)模塊EM23是少不了的。

4監控網(wǎng)絡(luò )構建

為了便于現場(chǎng)短距離控制和維護調試，需要在每個(gè)膠帶輸送機附近配備一個(gè)控制柜，監控數據能從外部顯示器上進(jìn)行觀(guān)察。并且，控制臺具有系統和設備的啟動(dòng)和停止按鈕。需要將檢測系統用光纖與三個(gè)控制柜進(jìn)行相連，并入骨主干網(wǎng)，#終到達地面，這樣就完成了遠距離功能的實(shí)現。

除此之外，為了實(shí)現各部分之間的數據通信，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/輸出設備之間的數據傳輸。并且，網(wǎng)絡(luò )架構更方便和有效，因為系統自己選擇的315-2DP型CPU具有上述通信協(xié)議的主從接口。

 

5井上監控軟件開(kāi)發(fā)

依照此改造的要求，井上PC監控軟件應具備的功能有設備運行狀態(tài)監控，變送器信號分析和顯示，遠程設備緊急停止等。所以，該項目為西曲礦3號地下礦開(kāi)發(fā)了三臺膠帶輸送機情況進(jìn)行設計PC側的監控界面。應該注意的是，井上監控軟件沒(méi)有遠程設備啟動(dòng)功能，以確保設備維護人員的安全。

 

6應用效果

起始在2019年，該安裝調試到現在已經(jīng)有兩年時(shí)間了，到現在依然效果完好，三條膠帶運輸機的異常停機維修時(shí)間相比于以前降低了21%，巡檢人員的人數也以前少了1/３，電機燒損等重大生產(chǎn)事故到目前為止還未出現，在人員以及生產(chǎn)設備的安全上得到了保障。并且，通過(guò)監控系統進(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)能得到不錯的經(jīng)濟以及社會(huì )效益。