带式输送机综合保护装置原理及应用

【摘要】当矿用皮带机的温度、速度和偏离位置等参数超标时，系统自动报警并采取相应措施是本文论述设计的核心，设计是以单片机和PLC为核心设计一个皮带机输送综合保护控制装置对皮带机的运行状态进行实时临测。此设计具有一定借鉴推广意义。

【关键词】监控分站；皮带机；单片机；PLC

一、概述

1.用途及使用场所

近年来，随着煤矿生产控制系统的不断发展，系统中各种设备的保护装置也在日趋完善，KJ403-F矿用隔爆兼本安型监控分站(带式输送机综合保护装置)，以矿用本安型PLC为控制核心，集先进的电子技术、PLC技术、自动化技术、通讯技术、抗干扰技术于一体的新一代矿用控制器（以下简称为控制器）。该控制器具有极高的可靠性和性价比、强大的通讯能力、液晶屏汉字显示、丰富的操作及功能按键、语音报警等特点，是一种适用于在煤尘、瓦斯等危险环境中使用的智能控制装置，其通用性广、适应性强，能实现各种场合中胶带运输机的检测、监测及控制自动化。

该控制器适用于煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸的危险环境或地面严酷环境，也可作为冶金矿山、露天煤矿、港口码头、选煤厂、发电厂等恶劣环境中的皮带运输机的综合保护，替代现有的各种皮带机综合保护装置。该控制器不仅可以完成单机设备控制的自动化，还可以以组网的形式组成系统，实现分布分级式远程监控和管理。

2.主要特点

(1)可靠性高：该控制器以高性能的本安型模块化PLC为处理器、具有极强的抗干扰能力与极高的可靠性，有力保障控制系统工作稳定可靠、采集数据真实有效，在电磁干扰比较苛刻的环境中使用有明显的优势。

(2)文本显示：该控制器的面板上安装有文本显示器，采用汉字液晶屏，被控设备的工况状态、故障位置与故障性质等信息都能采用汉字、符号或图表的形式显示，信息直观，操作方便；9个功能按键，与液晶屏的当前显示界面组合，可以实现更多功能的操作，满足各种复杂的控制现场。

(3)强大的通讯能力(可选)：该控制器在通讯接口硬件电路中采用了特有的专利技术，通讯距离远、抗干扰能力强，通讯协议采用标准的MODBUS-RTU协议，稳定性好、兼容性强，能很方便的组成多级远程通讯网络。

(4)接线方便：该控制器采用通用控制箱布线方式，端子号标注清晰，接线空间大，用户接线轻松、方便，不会有接线困难等问题。

(5)体积小、重量轻：该控制器的机芯采用模块化设计，结构紧凑，占用空间小，整个装置体积和重量比较小，安装、运输非常方便。

(6)适用范围广：该控制器可以根据用户的不同需求定制PLC程序，满足各种现场的要求。

(7)多种起车控制方式：该控制器具有单台操作，单台点动，开车信号控制与远程通讯控制等多种运行方式，适应各种情况使用。

(8)功能完善：该控制器除了具有常用的保护功能外，还具有手动洒水、参数设置等多种功能。

(9)信息共享(可选)：一“系统”中控制器的信息相互之间可以共享，在每台控制器的界面上能显示其他各台综保的故障状况、运行方式、运行状态等信息。

(10)参数现场设置：皮带台号、皮带停车延时时间等参数可以根据实际情况进行现场设置，真实有效。

(11)故障手动复位：皮带发生故障时，即使现场发生的故障排除，还需手动复位才能起车，否则起车无效，以免误起车发生事故，保障生产安全。

(12)系统参数设置需密码进入，避免人为随意更改，具有高保密性。

(13)故障信息保留：发生过的故障信息，在故障排除后仍然能够查询，直到手动复位才消除，便于寻找故障原因。

(14)手动与开车洒水功能：在没有发生超温、冒烟等故障情况下，也可以启动电磁阀进行手动洒水降温消尘，而且洒水时间可以设定，洒水也可以随时取消。

(15)双电机驱动：能适应双电机拖动的皮带。

(16)消音功能：若发生故障时不让有语音输出，将采用消音功能，取消故障报警。

(17)分支闭锁集控(可选)：对于有分支的物料流，该控制器也能实现起车、停车、故障闭锁运行。

(18)参起设置(可选)：可以设置在任意控制器上操作“起车”与“停车”键实现集控起车与集控停车。

二、结构特征

1.总体结构

控制器为矿用隔爆兼本质安全型，标志为“Exd[ib]I”。分为本安腔和隔爆腔两大部分，通过多芯电缆连接。

上部为本安腔，内部安装有矿用本安型PLC、接线端子、线槽等；两侧共有10个喇叭口用于连接本安信号；本安腔面板上嵌入有语音报警用的扬声器与人机对话的文本显示器。

隔爆腔内有本安电源、大功率继电器与非安型开关量输入接口等，两侧安装4个喇叭口。

控制器使用本安型模块化PLC为控制核心，易于组合，易于扩展。

2.PLC模块

该控制器的控制核心为本安型模块化PLC，用于开关量的数据采集、频率量的数据采集，继电器输出控制，语音报警、远程网络通讯等。本安型模块化PLC由CPU模块、开关量输入模块、开关量输出模块、通讯模块、语音模块等功能模块组成。

3.文本显示器

该控制器的面板上安装一个文本显示器，画面为128×64点阵，带背景光STN液晶显示，可显示16个英文字符×4行或8个汉字×4行；9只薄膜按键。设备的运行状态、故障类型与位置、参数设置等信息都通过该液晶屏实现汉字显示，操作人员能较直观了解被控设备在运行时的工作状态。薄膜按键用于对被控设备的控制及参数设定。

三、工作原理

1.控制器工作原理

控制器工作原理框图如图1所示。控制核心由矿用本安型可编程控制器组成。

外部本安型开关量输入、开关量输出、频率量输入、远程通讯与其他信号通过接线端子连接于PLC模块；文本显示器通过文本连接模块连接于PLC模块。扬声器连接于语音模块。PLC模块、文本显示器与外部传感器需要的本安电压通过隔爆腔的本安电源供给，本安输出信号通过控制隔爆腔的大功率继电器去控制非安的被控设备，非安型开关量输入通过光耦隔离给本安型输入接口。

2.保护系统组成

本装置主要由以下各部分组成：速度传感器：采用采用霍尔元件作为速度传感器检测胶带输送机速度，如果从动轮运行速度均在50-70%Va﹙Va额定带速﹚，或输送带速小于等于50%Va或速度大于等于110%Va，经过（5-10）秒的延时，本控制器能自动切断皮带机电源，使皮带机停转，实现速度保护。跑偏传感器：其常态为断开状态，动作时闭合，本能自动切断皮带机电源，使皮带机停转。堆煤传感器：它是通过两电极导通，经引线将煤位反应给保护装置，对煤煤仓或煤漏斗的煤位情况进行监控，在满仓或机头堆煤时能自动切断皮带机的电源，实现满煤保护。急停保护：每台控制器的控制面板与皮带沿线装有拉线急停开关，用于故障紧急停车保护。超温保护：采用温度传感器对皮带机的轴承温度或其它部件温度或周围环境温度进行监控，当监视点温度超过设定值时，本控制器能自动切断皮带机电源，实现超温保护，同时启动洒水装置进行降温。烟雾传感器：当采用烟雾传感器检测到皮带或煤有烟雾产生时，控制器实现停车保护并启动洒水灭尘装置。撕裂传感器：当皮带发生纵向撕裂故障时，煤落在传感器上面，传感器动作，控制器切断皮带机电源，使皮带机停转。

自动灭尘灭火洒水：当皮带出现超温或冒烟时，可控制电磁阀开启实现自动洒水灭火灭尘。

四、结束语

KJ403-F矿用隔爆兼本安型监控分站本身及其保护性能安全可靠，在规定的寿命期内有足够的强度、刚度、稳定性、耐磨及抗疲劳性等。且保护装置具备自保和自检功能，避免因失效而丧失监控作用，引发事故。本装置设计成本低，功能强大，运行可靠，且在井下的实际生产中取得了良好的使用交果，具有广阔的市场前景和经济效益。

作者简介：孙静，女，安徽淮南人，安徽省淮南市赛力特工贸有限公司质检科长，主要从事计量仪表，自动化检测等方面工作。