基于单法兰差压变送器安装布置与全局监控的矿井胶带输送系统改造

西曲矿3号井下现有三台胶带传输机，在改造之前所采取的监控模式为“人工巡视＋局部单片机”，虽然这种控制理念不再适合现代化工厂，但是基本功能还是能实现的，例如，电机过热过载保护、断带等情况，不过非常好不足的是各部分只是做好本身工作，并无联系，并且地面监控功能也缺少，那么企业就需要排安检人员进行不停地巡视，这种模式效率低下，故障无法立即被发现排除。而且这种情况下，作业人员的人身安全得不到保障，这套模式在现代化生产过程中早已经被淘汰了。就现在状况而言，井下的改造进程已经能实现大部分重点设备进行自动化监控，而胶带运输机作为其中不可或缺的一部分，它的改造需求也变得越来越强烈了。这篇文章所讲解的内容包括：一、分析整个胶带运输机改造的过程，二、提出并设计基于单法兰差压变送器的胶带运输机监控系统方案。

 

1胶带运输机监控系统改造和设计方案

1.1系统功能

这次将使用单法兰差压变送器全局监控系统作为本次的改造计划。对比于之前设计的单片机自控模式，单法兰差压变送器系统的优势在于不仅因为其软硬件已经标准化和模块化，而且还具有更好地抗干扰能力。并且，单法兰差压变送器系统还能实现更多的功能，就比如数据采集、传输、分析、反馈、视频监控以及历史查看等，这不仅能迅速知道整个生产过程中的各种状况，而且减轻了井下工作人员的负担以及保障了安全。

 

1.2系统设计方案

胶带撕裂、跑偏、胶带与滚筒打滑、胶带温度过高以及驱动电机过载等都为胶带运输机经常发生的故障。那么设计系统方案就需要对以上会发生的故障情况进行分析，变送器的选型与布置、整体系统的设计与调试、监控网络构建以及多角度研究井上监控软件开发等。胶带运输机监控系统改造方案总体布局设计除大部分硬件设施需重新进行改造外，有些元器件是可以继续利用的，如温度监测变送器和跑偏变送器等。

 

2变送器的选择与安装

依照所提出的要求，将要使用六种变送器作为本次设计，分别为烟雾变送器、速度变送器、跑偏变送器、温度变送器、堆煤变送器以及撕裂变送器，在进行选型的时候需要保证能带到煤矿安全生产要求，也就是需要具备防爆、抗干扰以及能正常在恶劣环境中工作的优势。

2.1变送器的选择

（１）撕裂变送器。胶带运输机进行工作的时候，由于磨损和局部煤堵塞而经常发生快速纵向撕裂，这导致煤块落入输送机底座中，所以重力可用作撕裂特征。GVD300压力变送器放置在位于传送带下方框架中的固定距离处。

（２）跑偏变送器。因为负载以及张力不均匀，必须使胶带居中，如果胶带发生偏离现象，胶带必须停止并及时维修。胶带偏心变送器可以安装在胶带输送机两侧的特殊支架上，当胶带行进到一定程度时，变送器触点连接在一起。

（３）速度变送器。如果带式输送机的从动端滚筒和从驱动端滚筒的速度不匹配，对造成胶带打滑现象，这样就会造成堆煤以及电机烧毁等情况，因此必须监控从动滚筒的旋转速度。为了能实时监控机器运行情况，需要将GSC10速度变送器的摩擦滚轮与从动滚轮内配合。

（４）温度变送器。由于传动胶带和滚轮长时间摩擦接触，胶带和电机的温度随主驱动电机的负荷的大小而变化，因此如果温度超过一定温度，胶带和电机就不能正常工作，甚至烧毁。电机侧以及从动滚筒侧都需要配备GWD100型温度变送器。

（５）堆煤变送器。胶带运输机进行工作时会有堆煤现象产生，为了杜绝这种现象，需加入GUJ30型堆煤变送器，它的安装位置在机头溜煤眼与胶带相交之处，当煤堆、整个仓库或煤层超过极限时，堆煤变送器就会被起动，同时运输机也停止工作。

（６）烟雾变送器。在机头上选安装GQQ0.1型烟雾探测器，这样能防止传送带或电机烧毁造成火灾。当烟雾浓度超过设定值时，变送器触发装置就开始运行。喷雾装置将进行灭火与冷却工作。

 

2.2变送器布置

确定变送器型号和安装位置后，如图1所示为放置的变送器，并需要留出单法兰差压变送器控制系统的端子。

 

3单法兰差压变送器控制系统硬件设计与实现

井下控制电柜与单法兰差压变送器控制系统的组件集成在一起，如图2所示为电气面板的硬件组件，包括CPU，RAM/ROM，I/O口，电源模块以及外部设备编程模块。以上硬件设计和单法兰差压变送器系统的选择shou先依照变送器的放置和操作确定单法兰差压变送器的输入状态以及输出控制目标，#后计算输入/输出节点的数量和类型。估算CPU容量和内存要求，具体取决于其他设备的经验和实际需求，然后需要进行市场调查选取相对合适的价格。SIEMENSSIMATICS7-300单法兰差压变送器被选为集成电气控制设备。这种单法兰差压变送器控制稳定，通讯可靠，集成度高而且故障率低，适用于各种工业生产环境。

因为CPU是系统自带的，功能是仅处理数字量，因此输入开关的模拟量需要专用的模拟扩展模块来执行传输。此外，要在井中实现远程PC监控，工业以太网模块EM23是少不了的。

4监控网络构建

为了便于现场短距离控制和维护调试，需要在每个胶带输送机附近配备一个控制柜，监控数据能从外部显示器上进行观察。并且，控制台具有系统和设备的启动和停止按钮。需要将检测系统用光纤与三个控制柜进行相连，并入骨主干网，#终到达地面，这样就完成了远距离功能的实现。

除此之外，为了实现各部分之间的数据通信，采用适用于单法兰差压变送器的PROFIBUS-DP型通信协议和各种分布式输入/输出设备之间的数据传输。并且，网络架构更方便和有效，因为系统自己选择的315-2DP型CPU具有上述通信协议的主从接口。

 

5井上监控软件开发

依照此改造的要求，井上PC监控软件应具备的功能有设备运行状态监控，变送器信号分析和显示，远程设备紧急停止等。所以，该项目为西曲矿3号地下矿开发了三台胶带输送机情况进行设计PC侧的监控界面。应该注意的是，井上监控软件没有远程设备启动功能，以确保设备维护人员的安全。

 

6应用效果

起始在2019年，该安装调试到现在已经有两年时间了，到现在依然效果完好，三条胶带运输机的异常停机维修时间相比于以前降低了21%，巡检人员的人数也以前少了1/３，电机烧损等重大生产事故到目前为止还未出现，在人员以及生产设备的安全上得到了保障。并且，通过监控系统进行管理，煤矿企业的工作效率就能大幅度提高，让企业能得到不错的经济以及社会效益。