林周勇　陳優(yōu)異　黃兆璽

　　國能（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，皮帶輸送機是煤炭運輸?shù)闹匾d體，并逐漸成為現(xiàn)代運輸?shù)闹匾侄?。由于其性能的特殊性，礦井條件較差，在長時間的煤炭生產(chǎn)和運輸中，皮帶輸送機極易發(fā)生各種故障。因此，文章針對皮帶運輸機的特性、用途進行了闡述，并對其結構進行了分析，并對其在實際中的應用進行了探討。

　　關鍵詞：輸煤皮帶機；保護系統(tǒng)；故障診斷；智能控制　文獻標識碼：A　　中圖分類號：TL374

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

　　由于生產(chǎn)環(huán)境過于潮濕、粉塵較大、開關磨損等原因，導致皮帶輸送機的現(xiàn)場智能監(jiān)測與保護系統(tǒng)工作受到影響，從而導致其使用壽命縮短。尤其是在皮帶上有異物（木塊、石頭、鋁塊）時，現(xiàn)有的儀器、無法進行檢測、，只能通過工業(yè)電視的攝像頭和監(jiān)視器查看設備的運行情況，由于工作時間過長，眼睛會產(chǎn)生疲勞，并且在使用過程中會發(fā)生一些異常，如果不能及時關掉電源，設備就無法正常工作。因此，整個工作過程中需要一臺自動檢測裝置。

　　1　相關概念及意義

　　1.1　煤礦帶式輸送機

　　帶式輸送機作為一種摩擦驅動的連續(xù)作業(yè)設備，隨著礦山自動化程度的提高，其應用越來越廣泛。在生產(chǎn)中，容易發(fā)生打滑、跑偏、堆煤、煙氣、過熱、撕裂等問題。此類問題嚴重威脅著礦山的安全。因此，有關科研人員研制出一種智能帶式輸送機管理與維護技術。智能監(jiān)控與防護裝置能夠監(jiān)測輸出裝置的運行情況，并在裝置出現(xiàn)問題后及時報警并采取相應保護措施，以此保障輸送機的安全性，并避免意外事故。本文的研究重點是KHP292 型控制保護上位機，HA 復合揚聲器，速度、溫度、堆煤、煙霧，偏轉、撕裂等傳感器及KTC203-ZD 終端作為控制保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)各個傳感器實時獲取故障信息，故障信息經(jīng)通信電纜反饋到主機，進行報警和采取適當保護措施。在此基礎上，設計了一套完整的煤礦井下人員定位系統(tǒng)。針對實際工作中出現(xiàn)的一些問題，給出了解決方法。

　　該輸送帶長1.7km、帶寬1.2m，共有1 個剎車、1 臺電機風機、4 個驅動電機。通過使用主控計算機，實現(xiàn)輸送機一鍵啟動、故障檢測與停機，沿線急停等、沿路呼叫等來實現(xiàn)輸送機智能控制與防護。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，傳送帶應配備煙霧傳感器、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。主機應放置在輸送機前端，并與煙、煤、速度、溫度、撓度等傳感器相連。要求輸送機尾部配備撕裂、偏轉和其他傳感器，以實現(xiàn)整個輸送線的故障報警和停機。主機要求有一鍵啟停、故障報警及停車、信息打印、傳感器的動態(tài)性實時顯示、輸送機速度、環(huán)境溫度的實時顯示及其他諸多功能。系統(tǒng)可實時監(jiān)測皮帶輸送機的運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，保證了皮帶輸送機工作的安全性和穩(wěn)定性。

　　1.2　智能控制系統(tǒng)

　　根據(jù)該礦帶式輸送機實際作業(yè)需要，針對該種皮帶運輸機控制系統(tǒng)展開研究。綜合考慮皮帶正常運行時耗煤量及工作時間（除檢修過程外，均未出現(xiàn)特例），爭取所裝物品保持平衡，這能夠實現(xiàn)對單根皮帶輸送機的四驅動力牽引系統(tǒng)進行集中控制、防護、沿線通話、語音報警和監(jiān)控的功能。本系統(tǒng)能夠實現(xiàn)礦山由工作面至地表全部生產(chǎn)、運輸過程綜合監(jiān)控，并且能啟閉受控設備配電開關及傳輸裝置，對電流、頻率、電壓、功率、制動等進行操作、故障、備機、報警；減速器油的溫度、油壓、油泵的工作，減速器的冷卻風扇工作；電動機轉速、扭矩、過載保護等。發(fā)動機前，后軸的實時溫度；煙，煤堆積，超溫噴水，撕裂；電纜故障等多種傳感器及檢測裝置的綜合應用。對煤流量及多種信號進行實時監(jiān)控，以及邏輯地計算上述傳輸信號的輸出。文中著重闡述帶式輸送機緊急停、鎖、牽引開關、煙塵、堆煤、跑偏、轉速、超溫噴水等問題，撕裂和其他保護系統(tǒng)。

　　KHP292 型礦用主控制箱，能實現(xiàn)綜采，綜采工作面，順槽、牢固的皮帶和其他安全保護、控制，沿途通話和故障監(jiān)測、顯示報警和其他功能。擁有的IO 模塊提供30 路輸入、 16 路開關量、8 路模擬量輸入、16 路PT100 輸入。它能對上位機本身和下位機的數(shù)據(jù)進行處理，并發(fā)出指令，并可以對設備的運行狀態(tài)、故障報警、緊急停止等監(jiān)控。內(nèi)建代碼程序和配置軟件，具有完整的運行邏輯，并可以結合實際進行調(diào)節(jié)。

　　1.3　項目的意義

　　針對當前我國火力發(fā)電廠中存在的安全防護開關自動化程度不高問題，國家大力扶持智能電站建設等，在浙江浙能溫州電力有限公司工程經(jīng)驗與先進技術支持下，結合國內(nèi)輸煤皮帶機的安全保護現(xiàn)狀，聯(lián)合有關高校，積極推動產(chǎn)學研合作，實現(xiàn)技術成果轉化，創(chuàng)新商業(yè)模式，擬開發(fā)一種以計算機視覺為基礎的輸煤皮帶機一體化防護裝置。由于計算機視覺技術、圖像處理技術等迅速發(fā)展，采用基于視覺的檢測技術，能夠實現(xiàn)皮帶實時監(jiān)控，保證皮帶安全運行，替代值班人員監(jiān)視、分析、判斷，大幅度提高輸送機安全性能。全國已有的電廠、煤場所有煤炭輸送系統(tǒng)都是通過遠程監(jiān)控實現(xiàn)遠程控制，并且安裝有一套完整的視頻監(jiān)測系統(tǒng)，但是目前還是通過值班人員人工對皮帶使用情況進行監(jiān)控判斷。

　　2　該項目的技術關鍵（技術難點和創(chuàng)新點）

　　2.1　基于光流法的輸煤皮帶跑偏檢測技術

　　每一種像素有一個特定的速度矢量，從而組成運動的向量場。在一定時期里，圖像中的點將對應三維物體中的點，通過投影可計算出這一關系。以此為基礎，應用各像素點速度向量特征進行動態(tài)分析。若無移動物體變動，整幅畫面的光線是連續(xù)變化的。當運動著的物體呈現(xiàn)在圖片上時，從這張圖片來看，物體和背景將保持一種相對運動。在運動目標的形塑過程中，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動目標位置。

　　2.2　基于背景更新的輸煤皮帶堵煤檢測技術

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

　　2.3　基于聯(lián)合信息展望輸煤皮帶異物檢測技術

　　該算法基于 IFCM 的聚類算法，對背景進行了自適應建模和更新，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，可以計算出腰帶上的物體的面積，而根據(jù)系統(tǒng)設置的雜質(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控制保護主機系統(tǒng)有“集控”“地”“維護”“點動”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。利用上位機對操作界面進行集控，實現(xiàn)一鍵啟動、停止和語音廣播等。采用“地”模式，即在“地” 狀態(tài)下，多組控制設備之間的聯(lián)動通過相應的啟動和停止按鈕，啟動和停止受控設備的啟動和關閉動作，并進行語音廣播；控制裝置的主電機和輔助裝置根據(jù)預定的聯(lián)鎖順序啟動和停止。“維護”方式：在“維護”的情況下，受控設備故障信號全部屏蔽，該裝置通過對應的起停按鈕起停，執(zhí)行語音廣播；控制裝置主電機，輔助裝置按預設聯(lián)鎖次序啟停。“點動”模式：當“點動”時，控制裝置的主電機和輔助裝置將完全脫離彼此的聯(lián)鎖，獨立運行。在垂直操作時，主控制器信息提示板會給受控設備相應電機點動鍵定位。

　　本控制系統(tǒng)既具有現(xiàn)場編程，也完成了現(xiàn)場調(diào)試，可以當場設定電機的啟動順序、故障種類、信息延遲時間、信號端口地址等內(nèi)容。它的最小儲存能力是16G，針對歷史數(shù)據(jù)存儲，最小儲存期5 年，并支援網(wǎng)絡打印等。變頻器調(diào)速是0 ～ 100%，可以連續(xù)調(diào)整。使用主控制器設定任何變頻器的速度。皮帶保護有走偏、縱向撕裂、堆煤、打滑、降塵、灑水等問題。此外，U 形插頭無需布線，僅用1 根7 芯專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控制與報警功能。電路內(nèi)揚聲器停電后，可維持正常通信18h。系統(tǒng)具有語音廣播校正功能，以漢字改變控制設備的名稱，實現(xiàn)語音廣播。實現(xiàn)CST、變頻器等，福伊特和其他產(chǎn)品、勺桿等軟啟動自動邏輯控制系統(tǒng)，并進行制動和張力報警邏輯控制系統(tǒng)。

　　3.2　智能控制程序

　　選擇CoDeSys 作為程序集中控制的主機，在此闡述該軟件的設計。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 標準IL、ST、FBD、LD、CFC 和SFC。在相同的工程下，用戶采用梯形圖等各種編程語言。梯形圖通常用于簡單的邏輯運算和邏輯判斷的順序執(zhí)行。如果想編寫復雜的程序，需要使用高級語言進行描述。在使用過程中，使用梯形圖形，即 LD 進行編程。在宿主中的代碼早就編寫好了內(nèi)建程序，把程序作為模塊調(diào)用比較方便。其次，可以增加或寫入不存在的邏輯控制。由于內(nèi)部的編程邏輯是為了滿足礦井的要求而編寫的，它的功能非常強大，因此可以不用所有的程序編寫整個系統(tǒng)，只需要將它的功能模塊中的所有功能模塊復制出來即可?？梢葬槍Σ煌目蛻粢?，進行相應的自定義。

　　經(jīng)過現(xiàn)場勘查，并根據(jù)礦山需求，采用KHP292 控制保護裝置，它由4 個電動機、1 個電動機、1 個制動器和1 個堆煤傳感器、1 個煙霧傳感器、1 個溫度傳感器、2 個傳感器、15 個HAI 手機組成。啟動次序為電動機、風機制動啟動時同步啟動。它由傳感器控制，每個感應器在動作時報警關機，實現(xiàn)集控保護。本文將介紹如何實現(xiàn)這些功能。保存已編寫的節(jié)目。當需要修改時，把新程序放到存儲器里。根據(jù)項目進行編譯，看程式是否有不正確命令、邏輯錯誤及不正當字元。如果沒有錯誤的話，該軟件顯示無誤，可按下登錄下載，下載安裝好，點擊登錄，即可對PLC 進行操作。需要說明的是，集中控制系統(tǒng)設計僅留出通信接口，因此在啟動CoDeSys 時，操作配置接口不能啟動，確認沒有問題后，下載并運行PLC，然后單擊登錄并退出，這樣CoDeSys 程序就不會占用串口，把串口連接交給配置軟件。

　　4　現(xiàn)場調(diào)試遇到的問題及解決方法

　　4.1　沿線閉鎖數(shù)量不符

　　當線路鋪設完畢、系統(tǒng)調(diào)試完畢、傳感器安裝完畢，主機上的鎖定號碼與現(xiàn)實中的數(shù)字并不相符，一共16 個，但主機上只有7 個，經(jīng)過詢問和自我檢查，發(fā)現(xiàn)第8 個連接中斷，造成了線路后方的信號中斷。

　　4.2　沿線閉鎖始終閃爍不定

　　集控機屏幕上顯示的線路閉鎖一直在閃爍，不穩(wěn)定，詢問原因是設備的后臺配置中沒有設定下位機的數(shù)目。底層計算機用于數(shù)據(jù)集合的傳送和接收功能，因此必須為它提供一個虛擬的地址。在這條線路上設置虛擬地址，就是要讓設備在7-7 線上找到上面的主機和下面的主機的位置，然后進行相應的分配。在首次試車時，由于沒有設定與安裝數(shù)目相符的下位機數(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，則會造成線路上的上位機工作不穩(wěn)甚至不能正常工作。也就是說，線路上的感應器的工作狀況，不能通過現(xiàn)場的啟動鍵進行控制。

　　4.3　不顯示終端電壓

　　一般情況下，線路鋪設完成后，主屏幕上會出現(xiàn)鎖止次數(shù)和10 ～ 17V 的終端電壓，當這條線路鋪設完成后，終端電壓就會出現(xiàn)在屏幕上。在詢問之后，他們會根據(jù)現(xiàn)場的情況，利用兩個通信設備和一個終端進行調(diào)查。經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)11 號鎖線失效，終端電壓不能從終端回到主機，如果沒有終端電壓，皮帶機尾部不能正常工作。

　　5　結語

　　綜上，文章闡述了以礦井皮帶輸送機為核心的智能控制與保護系統(tǒng)的關鍵技術，對于皮帶輸送機的跑偏、轉速、撕裂等問題，實時采集煙霧和其他參數(shù)，以KHP292 為控制和保護主機，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析，具有數(shù)據(jù)記錄、故障報警的功能，實現(xiàn)實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄和故障報警功能，并根據(jù)實際情況，提出解決措施。

　　作者簡介：林周勇（1987-），男，福建泉州人，國能（泉州）熱電有限公司工程師，研究方向：熱工自動化。

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