林周勇　陳優(yōu)異　黃兆璽

　　國(guó)能（泉州）熱電有限公司，福建 泉州 362804

　　摘要：煤炭產(chǎn)業(yè)日益興旺，皮帶輸送機(jī)是煤炭運(yùn)輸?shù)闹匾d體，并逐漸成為現(xiàn)代運(yùn)輸?shù)闹匾侄?。由于其性能的特殊性，礦井條件較差，在長(zhǎng)時(shí)間的煤炭生產(chǎn)和運(yùn)輸中，皮帶輸送機(jī)極易發(fā)生各種故障。因此，文章針對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)的特性、用途進(jìn)行了闡述，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并對(duì)其在實(shí)際中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

　　關(guān)鍵詞：輸煤皮帶機(jī)；保護(hù)系統(tǒng)；故障診斷；智能控制　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　　中圖分類(lèi)號(hào)：TL374

　　文章編號(hào)：2096-4137（2023）19-72-03　　DOI ：10.13535/j.cnki.10-1507/n.2023.19.20

　　由于生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于潮濕、粉塵較大、開(kāi)關(guān)磨損等原因，導(dǎo)致皮帶輸送機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)智能監(jiān)測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)工作受到影響，從而導(dǎo)致其使用壽命縮短。尤其是在皮帶上有異物（木塊、石頭、鋁塊）時(shí)，現(xiàn)有的儀器、無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)、，只能通過(guò)工業(yè)電視的攝像頭和監(jiān)視器查看設(shè)備的運(yùn)行情況，由于工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，眼睛會(huì)產(chǎn)生疲勞，并且在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生一些異常，如果不能及時(shí)關(guān)掉電源，設(shè)備就無(wú)法正常工作。因此，整個(gè)工作過(guò)程中需要一臺(tái)自動(dòng)檢測(cè)裝置。

　　1　相關(guān)概念及意義

　　1.1　煤礦帶式輸送機(jī)

　　帶式輸送機(jī)作為一種摩擦驅(qū)動(dòng)的連續(xù)作業(yè)設(shè)備，隨著礦山自動(dòng)化程度的提高，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在生產(chǎn)中，容易發(fā)生打滑、跑偏、堆煤、煙氣、過(guò)熱、撕裂等問(wèn)題。此類(lèi)問(wèn)題嚴(yán)重威脅著礦山的安全。因此，有關(guān)科研人員研制出一種智能帶式輸送機(jī)管理與維護(hù)技術(shù)。智能監(jiān)控與防護(hù)裝置能夠監(jiān)測(cè)輸出裝置的運(yùn)行情況，并在裝置出現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)報(bào)警并采取相應(yīng)保護(hù)措施，以此保障輸送機(jī)的安全性，并避免意外事故。本文的研究重點(diǎn)是KHP292 型控制保護(hù)上位機(jī)，HA 復(fù)合揚(yáng)聲器，速度、溫度、堆煤、煙霧，偏轉(zhuǎn)、撕裂等傳感器及KTC203-ZD 終端作為控制保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器實(shí)時(shí)獲取故障信息，故障信息經(jīng)通信電纜反饋到主機(jī)，進(jìn)行報(bào)警和采取適當(dāng)保護(hù)措施。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套完整的煤礦井下人員定位系統(tǒng)。針對(duì)實(shí)際工作中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，給出了解決方法。

　　該輸送帶長(zhǎng)1.7km、帶寬1.2m，共有1 個(gè)剎車(chē)、1 臺(tái)電機(jī)風(fēng)機(jī)、4 個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過(guò)使用主控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)一鍵啟動(dòng)、故障檢測(cè)與停機(jī)，沿線急停等、沿路呼叫等來(lái)實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)智能控制與防護(hù)。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，傳送帶應(yīng)配備煙霧傳感器、煤堆傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、超溫噴水傳感器、偏差傳感器、撕裂傳感器。主機(jī)應(yīng)放置在輸送機(jī)前端，并與煙、煤、速度、溫度、撓度等傳感器相連。要求輸送機(jī)尾部配備撕裂、偏轉(zhuǎn)和其他傳感器，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)輸送線的故障報(bào)警和停機(jī)。主機(jī)要求有一鍵啟停、故障報(bào)警及停車(chē)、信息打印、傳感器的動(dòng)態(tài)性實(shí)時(shí)顯示、輸送機(jī)速度、環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)顯示及其他諸多功能。系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，保證了皮帶輸送機(jī)工作的安全性和穩(wěn)定性。

　　1.2　智能控制系統(tǒng)

　　根據(jù)該礦帶式輸送機(jī)實(shí)際作業(yè)需要，針對(duì)該種皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)展開(kāi)研究。綜合考慮皮帶正常運(yùn)行時(shí)耗煤量及工作時(shí)間（除檢修過(guò)程外，均未出現(xiàn)特例），爭(zhēng)取所裝物品保持平衡，這能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)單根皮帶輸送機(jī)的四驅(qū)動(dòng)力牽引系統(tǒng)進(jìn)行集中控制、防護(hù)、沿線通話、語(yǔ)音報(bào)警和監(jiān)控的功能。本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)礦山由工作面至地表全部生產(chǎn)、運(yùn)輸過(guò)程綜合監(jiān)控，并且能啟閉受控設(shè)備配電開(kāi)關(guān)及傳輸裝置，對(duì)電流、頻率、電壓、功率、制動(dòng)等進(jìn)行操作、故障、備機(jī)、報(bào)警；減速器油的溫度、油壓、油泵的工作，減速器的冷卻風(fēng)扇工作；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、過(guò)載保護(hù)等。發(fā)動(dòng)機(jī)前，后軸的實(shí)時(shí)溫度；煙，煤堆積，超溫噴水，撕裂；電纜故障等多種傳感器及檢測(cè)裝置的綜合應(yīng)用。對(duì)煤流量及多種信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及邏輯地計(jì)算上述傳輸信號(hào)的輸出。文中著重闡述帶式輸送機(jī)緊急停、鎖、牽引開(kāi)關(guān)、煙塵、堆煤、跑偏、轉(zhuǎn)速、超溫噴水等問(wèn)題，撕裂和其他保護(hù)系統(tǒng)。

　　KHP292 型礦用主控制箱，能實(shí)現(xiàn)綜采，綜采工作面，順槽、牢固的皮帶和其他安全保護(hù)、控制，沿途通話和故障監(jiān)測(cè)、顯示報(bào)警和其他功能。擁有的IO 模塊提供30 路輸入、 16 路開(kāi)關(guān)量、8 路模擬量輸入、16 路PT100 輸入。它能對(duì)上位機(jī)本身和下位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并發(fā)出指令，并可以對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警、緊急停止等監(jiān)控。內(nèi)建代碼程序和配置軟件，具有完整的運(yùn)行邏輯，并可以結(jié)合實(shí)際進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　1.3　項(xiàng)目的意義

　　針對(duì)當(dāng)前我國(guó)火力發(fā)電廠中存在的安全防護(hù)開(kāi)關(guān)自動(dòng)化程度不高問(wèn)題，國(guó)家大力扶持智能電站建設(shè)等，在浙江浙能溫州電力有限公司工程經(jīng)驗(yàn)與先進(jìn)技術(shù)支持下，結(jié)合國(guó)內(nèi)輸煤皮帶機(jī)的安全保護(hù)現(xiàn)狀，聯(lián)合有關(guān)高校，積極推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研合作，實(shí)現(xiàn)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化，創(chuàng)新商業(yè)模式，擬開(kāi)發(fā)一種以計(jì)算機(jī)視覺(jué)為基礎(chǔ)的輸煤皮帶機(jī)一體化防護(hù)裝置。由于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、圖像處理技術(shù)等迅速發(fā)展，采用基于視覺(jué)的檢測(cè)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)皮帶實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證皮帶安全運(yùn)行，替代值班人員監(jiān)視、分析、判斷，大幅度提高輸送機(jī)安全性能。全國(guó)已有的電廠、煤場(chǎng)所有煤炭輸送系統(tǒng)都是通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，并且安裝有一套完整的視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但是目前還是通過(guò)值班人員人工對(duì)皮帶使用情況進(jìn)行監(jiān)控判斷。

　　2　該項(xiàng)目的技術(shù)關(guān)鍵（技術(shù)難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)）

　　2.1　基于光流法的輸煤皮帶跑偏檢測(cè)技術(shù)

　　每一種像素有一個(gè)特定的速度矢量，從而組成運(yùn)動(dòng)的向量場(chǎng)。在一定時(shí)期里，圖像中的點(diǎn)將對(duì)應(yīng)三維物體中的點(diǎn)，通過(guò)投影可計(jì)算出這一關(guān)系。以此為基礎(chǔ)，應(yīng)用各像素點(diǎn)速度向量特征進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。若無(wú)移動(dòng)物體變動(dòng)，整幅畫(huà)面的光線是連續(xù)變化的。當(dāng)運(yùn)動(dòng)著的物體呈現(xiàn)在圖片上時(shí)，從這張圖片來(lái)看，物體和背景將保持一種相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的形塑過(guò)程中，速度向量與背景速度向量有一定的區(qū)別，這樣就很容易獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置。

　　2.2　基于背景更新的輸煤皮帶堵煤檢測(cè)技術(shù)

　　首先，提取一段時(shí)間的視頻，提取原始的背景，然后利用單高斯背景進(jìn)行分割，得到新的背景，再進(jìn)行后續(xù)的背景更新。之后，利用形態(tài)學(xué)閉合算法對(duì)結(jié)果進(jìn)行必要的處理，最后得出一個(gè)較為完整的煤塊區(qū)域。由于檢測(cè)的時(shí)間比較長(zhǎng)，所以在后續(xù)的測(cè)試中，必須要有一段時(shí)間的錄像進(jìn)行。

　　2.3　基于聯(lián)合信息展望輸煤皮帶異物檢測(cè)技術(shù)

　　該算法基于 IFCM 的聚類(lèi)算法，對(duì)背景進(jìn)行了自適應(yīng)建模和更新，并給出了魯棒的背景模型。另外，利用背景差分法、幀間差分、空間域信息等技術(shù)，可以計(jì)算出腰帶上的物體的面積，而根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的雜質(zhì)區(qū)域，可以確定腰帶上是否有異物。

　　3　智能系統(tǒng)控制方式

　　3.1　智能控制方案

　　KHP292控制保護(hù)主機(jī)系統(tǒng)有“集控”“地”“維護(hù)”“點(diǎn)動(dòng)”4 種不同的控制方式。“集控”方式：“集控狀態(tài)”，各組件與控制裝置的直接連接。利用上位機(jī)對(duì)操作界面進(jìn)行集控，實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)、停止和語(yǔ)音廣播等。采用“地”模式，即在“地” 狀態(tài)下，多組控制設(shè)備之間的聯(lián)動(dòng)通過(guò)相應(yīng)的啟動(dòng)和停止按鈕，啟動(dòng)和停止受控設(shè)備的啟動(dòng)和關(guān)閉動(dòng)作，并進(jìn)行語(yǔ)音廣播；控制裝置的主電機(jī)和輔助裝置根據(jù)預(yù)定的聯(lián)鎖順序啟動(dòng)和停止。“維護(hù)”方式：在“維護(hù)”的情況下，受控設(shè)備故障信號(hào)全部屏蔽，該裝置通過(guò)對(duì)應(yīng)的起停按鈕起停，執(zhí)行語(yǔ)音廣播；控制裝置主電機(jī)，輔助裝置按預(yù)設(shè)聯(lián)鎖次序啟停。“點(diǎn)動(dòng)”模式：當(dāng)“點(diǎn)動(dòng)”時(shí)，控制裝置的主電機(jī)和輔助裝置將完全脫離彼此的聯(lián)鎖，獨(dú)立運(yùn)行。在垂直操作時(shí)，主控制器信息提示板會(huì)給受控設(shè)備相應(yīng)電機(jī)點(diǎn)動(dòng)鍵定位。

　　本控制系統(tǒng)既具有現(xiàn)場(chǎng)編程，也完成了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，可以當(dāng)場(chǎng)設(shè)定電機(jī)的啟動(dòng)順序、故障種類(lèi)、信息延遲時(shí)間、信號(hào)端口地址等內(nèi)容。它的最小儲(chǔ)存能力是16G，針對(duì)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，最小儲(chǔ)存期5 年，并支援網(wǎng)絡(luò)打印等。變頻器調(diào)速是0 ～ 100%，可以連續(xù)調(diào)整。使用主控制器設(shè)定任何變頻器的速度。皮帶保護(hù)有走偏、縱向撕裂、堆煤、打滑、降塵、灑水等問(wèn)題。此外，U 形插頭無(wú)需布線，僅用1 根7 芯專(zhuān)用通信電纜就能完成全系統(tǒng)互聯(lián)，且易于安裝，具有上下皮帶鏈的信號(hào)控制與報(bào)警功能。電路內(nèi)揚(yáng)聲器停電后，可維持正常通信18h。系統(tǒng)具有語(yǔ)音廣播校正功能，以漢字改變控制設(shè)備的名稱(chēng)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音廣播。實(shí)現(xiàn)CST、變頻器等，福伊特和其他產(chǎn)品、勺桿等軟啟動(dòng)自動(dòng)邏輯控制系統(tǒng)，并進(jìn)行制動(dòng)和張力報(bào)警邏輯控制系統(tǒng)。

　　3.2　智能控制程序

　　選擇CoDeSys 作為程序集中控制的主機(jī)，在此闡述該軟件的設(shè)計(jì)。該軟件界面友好，功能比較豐富。CoDeSys 是PLC 編程的有力工具，操作方便。它支持IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)IL、ST、FBD、LD、CFC 和SFC。在相同的工程下，用戶(hù)采用梯形圖等各種編程語(yǔ)言。梯形圖通常用于簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算和邏輯判斷的順序執(zhí)行。如果想編寫(xiě)復(fù)雜的程序，需要使用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行描述。在使用過(guò)程中，使用梯形圖形，即 LD 進(jìn)行編程。在宿主中的代碼早就編寫(xiě)好了內(nèi)建程序，把程序作為模塊調(diào)用比較方便。其次，可以增加或?qū)懭氩淮嬖诘倪壿嬁刂?。由于?nèi)部的編程邏輯是為了滿足礦井的要求而編寫(xiě)的，它的功能非常強(qiáng)大，因此可以不用所有的程序編寫(xiě)整個(gè)系統(tǒng)，只需要將它的功能模塊中的所有功能模塊復(fù)制出來(lái)即可?？梢葬槍?duì)不同的客戶(hù)要求，進(jìn)行相應(yīng)的自定義。

　　經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，并根據(jù)礦山需求，采用KHP292 控制保護(hù)裝置，它由4 個(gè)電動(dòng)機(jī)、1 個(gè)電動(dòng)機(jī)、1 個(gè)制動(dòng)器和1 個(gè)堆煤傳感器、1 個(gè)煙霧傳感器、1 個(gè)溫度傳感器、2 個(gè)傳感器、15 個(gè)HAI 手機(jī)組成。啟動(dòng)次序?yàn)殡妱?dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)制動(dòng)啟動(dòng)時(shí)同步啟動(dòng)。它由傳感器控制，每個(gè)感應(yīng)器在動(dòng)作時(shí)報(bào)警關(guān)機(jī)，實(shí)現(xiàn)集控保護(hù)。本文將介紹如何實(shí)現(xiàn)這些功能。保存已編寫(xiě)的節(jié)目。當(dāng)需要修改時(shí)，把新程序放到存儲(chǔ)器里。根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)行編譯，看程式是否有不正確命令、邏輯錯(cuò)誤及不正當(dāng)字元。如果沒(méi)有錯(cuò)誤的話，該軟件顯示無(wú)誤，可按下登錄下載，下載安裝好，點(diǎn)擊登錄，即可對(duì)PLC 進(jìn)行操作。需要說(shuō)明的是，集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)僅留出通信接口，因此在啟動(dòng)CoDeSys 時(shí)，操作配置接口不能啟動(dòng)，確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題后，下載并運(yùn)行PLC，然后單擊登錄并退出，這樣CoDeSys 程序就不會(huì)占用串口，把串口連接交給配置軟件。

　　4　現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試遇到的問(wèn)題及解決方法

　　4.1　沿線閉鎖數(shù)量不符

　　當(dāng)線路鋪設(shè)完畢、系統(tǒng)調(diào)試完畢、傳感器安裝完畢，主機(jī)上的鎖定號(hào)碼與現(xiàn)實(shí)中的數(shù)字并不相符，一共16 個(gè)，但主機(jī)上只有7 個(gè)，經(jīng)過(guò)詢(xún)問(wèn)和自我檢查，發(fā)現(xiàn)第8 個(gè)連接中斷，造成了線路后方的信號(hào)中斷。

　　4.2　沿線閉鎖始終閃爍不定

　　集控機(jī)屏幕上顯示的線路閉鎖一直在閃爍，不穩(wěn)定，詢(xún)問(wèn)原因是設(shè)備的后臺(tái)配置中沒(méi)有設(shè)定下位機(jī)的數(shù)目。底層計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)集合的傳送和接收功能，因此必須為它提供一個(gè)虛擬的地址。在這條線路上設(shè)置虛擬地址，就是要讓設(shè)備在7-7 線上找到上面的主機(jī)和下面的主機(jī)的位置，然后進(jìn)行相應(yīng)的分配。在首次試車(chē)時(shí)，由于沒(méi)有設(shè)定與安裝數(shù)目相符的下位機(jī)數(shù)目，因此，線路總是處于重置狀態(tài)，即沿線路的閉鎖始終處于不穩(wěn)定的閃爍狀態(tài)。若線路上的數(shù)目不一致，則會(huì)造成線路上的上位機(jī)工作不穩(wěn)甚至不能正常工作。也就是說(shuō)，線路上的感應(yīng)器的工作狀況，不能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的啟動(dòng)鍵進(jìn)行控制。

　　4.3　不顯示終端電壓

　　一般情況下，線路鋪設(shè)完成后，主屏幕上會(huì)出現(xiàn)鎖止次數(shù)和10 ～ 17V 的終端電壓，當(dāng)這條線路鋪設(shè)完成后，終端電壓就會(huì)出現(xiàn)在屏幕上。在詢(xún)問(wèn)之后，他們會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，利用兩個(gè)通信設(shè)備和一個(gè)終端進(jìn)行調(diào)查。經(jīng)過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)11 號(hào)鎖線失效，終端電壓不能從終端回到主機(jī)，如果沒(méi)有終端電壓，皮帶機(jī)尾部不能正常工作。

　　5　結(jié)語(yǔ)

　　綜上，文章闡述了以礦井皮帶輸送機(jī)為核心的智能控制與保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于皮帶輸送機(jī)的跑偏、轉(zhuǎn)速、撕裂等問(wèn)題，實(shí)時(shí)采集煙霧和其他參數(shù)，以KHP292 為控制和保護(hù)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析，具有數(shù)據(jù)記錄、故障報(bào)警的功能，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄和故障報(bào)警功能，并根據(jù)實(shí)際情況，提出解決措施。

　　作者簡(jiǎn)介：林周勇（1987-），男，福建泉州人，國(guó)能（泉州）熱電有限公司工程師，研究方向：熱工自動(dòng)化。

　　參考文獻(xiàn)

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　?。ㄘ?zé)任編輯：張志明）

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