张建宇

（晋能控股煤业集团，山西 大同 037003）

1 概况

四老沟矿目前应用TD75 型皮带输送机进行物料运输，考虑到皮带机发生故障对生产效率的影响，四老沟矿针对皮带输送机安装了简单状态监测系统，起到了一定的故障防范作用。2021 年6 月，系统监测的皮带输送机故障有6 次，每次都会触发皮带输送机停机，虽然及时监测到了TD75 型皮带输送机潜在事故源，但在故障发生时，状态监测系统会强制性进行停机报警，过激的连锁控制仍会降低生产效率，增加设备管理人员的工作量。为了提升TD75 型皮带输送机智能化运行程度，四老沟矿投入研究了一套集监控与保护一体综合系统[1-5]。

2 综合保护系统结构组成

皮带输送机运行状态监测系统是综合保护系统的基础。皮带机的图像信息通过本安型摄像设备经交换机图像信号处理后传输到监控电脑，供设备监控人员观测；温度、张力、速度状态监测传感器和堆煤、跑偏、断带、欠压、过流等故障监测传感器采集到的电流信号经智能仪表转化为数字量信号，传输到PLC 中；转速、油压、振动以及抱闸状态监测传感器的反馈信号通过输入模块将数据传输到PLC 中，通讯模块将PLC 接收到的可识别信号经过交换机上传至监控电脑，向用户显示。发生故障后，PLC 按照既定程序发出控制信号，连锁设备启动。

皮带输送机综合保护系统依托状态监测系统实现不同故障工况下设备的不同连锁控制功能。如果皮带输送机发生了断带故障，会丧失运输功能，因此系统会连锁控制本部皮带机和皮带机上游设备同时立即停机，并启动断带抓捕装置对皮带进行抓捕，对皮带机下游设备控制延迟停机，同时发出声光报警，并通过上位机显示故障信息；如果出现了轻微跑偏、一定程度的欠压和过流情况时，只连锁声光报警启动；如果出现重要部位温度过高时，除了连锁声光报警器外，还要启动洒水降温功能。系统结构如图1。

图1 TD75 型皮带输送机综合保护系统结构图

皮带输送机状态监测系统作为综合保护系统的硬件基础，为系统的连锁控制提供监测数据，作为系统输入信息数据，通过PLC 控制程序识别皮带输送机故障信息，按照设定程序进行设备控制信号的输出。皮带状态监测传感器发出故障信号后，上位机启动声光报警，同时改变组态王中对应变量装填，借助于组态王中的S7-200PLC（TCP）驱动，控制PLC 开启保护装置，或者组态王改变PLC 中相关寄存器的状态，PLC 依据编写的PLC 程序立即停止本部皮带机及上游设备，并延时停止下部皮带机。

3 皮带输送机综合保护传感器选型

设计的皮带输送机综合保护功能主要包含跑偏保护功能、撕裂保护功能、打滑保护功能、急停保护功能等。综合保护功能需要依托状态监测系统，配合PLC、各类传感器以及控制程序实现不同皮带输送机运行状态的合理联控。传感器作为综合保护系统的信号输入源，其功能性和安装位置是决定系统精度和有效性的基础因素，结合带式输送机故障类型和故障特点，选择对应类型的传感器。各类传感器选型见表1。

表1 TD 型皮带输送机综合保护系统传感器选型表

传感器的选择有两种。一种是输出开关量的传感器。以跑偏保护功能为例，KGE9A 型跑偏开关安装位置如图2。

图2 KGE9A 型跑偏开关安装位置示意图

分别在皮带前后和两侧安装，一旦皮带发生跑偏，开关闭合，连锁控制设备运行状态。另一种是输出模拟量的传感器，例如打滑保护功能的带速传感器。这种类型的传感器输出连续模拟量，PLC 根据模拟量的值会输出不同的控制信号，即在一定范围内，系统设计只进行声光报警，一旦超过这一范围，则会联动带式输送机和上下游动力设备的运行状态。

4 综合保护的软件设计

（1）下位机软件设计

TD75 型皮带输送机综合保护系统的下位机主要实现故障发生时连锁保护设备和保护程序的启动，包括本部皮带机和上游动力设备的停止、下游设备的立即停止或延时停止，同时将控制设备状态及时反馈。下位机在STEP7 MicroWIN 中编制的主要程序如图3。

图3 综合保护系统下位机程序

（2）上位机软件设计

上位机软件按照皮带输送机的故障类型进行设计，主要进行故障发生时程序的显示功能设计，在组态王软件“工程浏览器”中采用事件命令语言进行编写，界面如图4。在事件描述栏中输入不同的故障显示条件，在发生时对话框中设定故障发生时，上位机显示状态变量为1，在存在时保持状态变量1，在消失时对话框中设定故障消失时，上位机显示状态变量为0。

图4 综合保护系统上位机故障判定程序

5 应用效果

四老沟煤矿将该皮带输送机综合保护系统投入使用已经近半年，故障监测效率达到了100%，统计2021 年8 月—9 月两个月期间，皮带输送机发生故障共9 次，连锁设备停机1 次，只进行声光报警8 次，极大地降低了故障停机率，同时保证了故障发现的及时性和运行的安全性。据机电科统计，8次非停机故障的连锁控制，提升了设备运行效率，节省约10 万元故障停机损失费。