【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輸送機(jī)使用越來越廣泛，臺(tái)數(shù)越來越多，運(yùn)距越來越長(zhǎng)，在帶式輸送機(jī)的使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)一 些打滑、跑偏、堆煤、煙霧、超溫等故障，影響生產(chǎn)和安全。我國(guó)煤炭曾發(fā)生多次重大傷亡事故，而從 1981 年以來僅因膠帶著火事故死亡人數(shù)達(dá)到 200 以上，給國(guó)家和人民造成了嚴(yán)重的損失和傷害。因此，保證帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)輸是煤炭的安全生產(chǎn)的前提。 煤炭生產(chǎn)的需求和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，促使我國(guó)先后研制出多種帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)與集中控制裝置。它由各種傳感器和集中控制臺(tái)構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)低速、超速、 斷帶、縱向撕裂、堆煤、跑偏、急停、煙霧、溫度等保護(hù)，并可進(jìn)行灑水降溫。它具有膠帶運(yùn)行速度、緊急停車開關(guān)動(dòng)作位置、跑偏開關(guān)動(dòng)作位置等顯示功 能以及各種設(shè)備工作狀態(tài)及故障狀態(tài)的顯示，可配合 CST 等軟啟動(dòng)系統(tǒng)工作，同時(shí)能對(duì)主電動(dòng)機(jī)、給煤機(jī)和閘電動(dòng)機(jī)等設(shè)備實(shí)施控制和保護(hù)。 煤炭生產(chǎn)能力的逐步提高，使得帶式輸送機(jī)的輸送能力范圍逐步提高，帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置成為安全運(yùn)輸?shù)谋厝贿x擇。目前，煤礦井下使用的部分帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置一般采用以單片機(jī) (cs 位 /16 位 )來取代常規(guī)的以半導(dǎo)體分立元件為核 J,的控制保護(hù)系統(tǒng)，大大提升了帶式輸送機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)性能，提高了帶式輸送機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。但隨著高效集約化礦井的涌現(xiàn)和設(shè)備自動(dòng)化程度的不斷提高，用微處理器完成的大量數(shù)據(jù) 、信息的處理以及傳輸，很難保證控制保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)算能力和實(shí)時(shí)仿真能力 [f210 為此，本課題設(shè)計(jì)了基于 DSP 的帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的單片機(jī)相比， DSP 的集成度更高，速度更快，存儲(chǔ)器容量的更大，且其內(nèi)置有波特率發(fā)生器和 FIFO 緩沖器，可大大提高系統(tǒng)的運(yùn)算能力及對(duì)數(shù)據(jù)、信息的處理和傳輸。 帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 發(fā)展現(xiàn)狀 1986 年，在《煤礦安全規(guī)程》中對(duì)皮帶機(jī)的安全保護(hù)要求是“有防止皮帶打滑、跑偏、滿倉(cāng)停機(jī)的措施”。 1991 年，《礦井質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo) 準(zhǔn)》中，對(duì)于采掘使用的帶式輸送機(jī)有“煤位、低速、跑偏、超溫灑水、煙霧報(bào)警”的要求。最新《煤礦安全規(guī)程》中要求帶式輸送機(jī)應(yīng)有“防滑、閉鎖、堆煤、防跑偏、溫度、煙霧、張緊力下降、防縱向撕裂和自動(dòng)灑水”等保護(hù)。根據(jù)國(guó)家對(duì)皮帶機(jī)的安全的要求，科研單位和生產(chǎn)廠家己經(jīng)開發(fā)出了幾代煤礦井下帶式輸送機(jī)保護(hù)控制產(chǎn)品。有些產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)八大保護(hù) :跑偏、張緊力、溫度、煙霧、煤位、撕裂、速 遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)電設(shè)備與管理自考本科論文 7 度和急停保護(hù)。且隨著對(duì)生產(chǎn)要求的提高，僅對(duì)輸送帶進(jìn)行保護(hù)已滿足不了需求，產(chǎn)生了實(shí)時(shí)檢測(cè)、顯示，并當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，可通過語(yǔ)音報(bào)警報(bào)出故障的性質(zhì)，還可以 報(bào)出發(fā)生故障的帶式輸送機(jī)號(hào)，并有燈光指示 [3]. 在國(guó)內(nèi)外，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的保護(hù)，一些科研單位和生產(chǎn)廠家也分別研究開發(fā)出了提高輸送帶性能、托輥性能的產(chǎn)品和保護(hù)裝置。其中，日本專利JP2020306410 是通過增強(qiáng)橡膠輸送帶局部區(qū)域耐磨性的方法來實(shí)現(xiàn)提高了輸送帶的性能，該專利將橡膠混合烴與碳黑合成一種物質(zhì)，把其覆蓋在輸送帶兩端，由于該物質(zhì)具有膠狀特性，從而可以遏制輸送帶表面的磨耗 [[4]。在美國(guó)，研制了一種抗沖擊支架，把其安裝在帶式輸送機(jī)裝料區(qū)，它可以吸收下落物料的沖擊，這樣就減少了對(duì)運(yùn)動(dòng)輸送帶 的沖擊，從而保護(hù)了輸送帶，該支架包含多個(gè)沖擊支撐結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)構(gòu)具有伸長(zhǎng)支撐部件和翼狀墊子部件，翼狀墊子部件兩端設(shè)有許多小孔，它們兩兩配對(duì)后由扣件連接，可使支架調(diào)節(jié)至一定傾角 [[5]。另一種簡(jiǎn)易的沖擊系統(tǒng)是安裝于帶式輸送機(jī)裝料區(qū)，用于保護(hù)傳送帶，該系統(tǒng)采用鋼架結(jié)構(gòu)作為支撐，設(shè)有沖擊吸收墊和超高分子量覆蓋層 。還有一種是支持傳送帶部件的支撐系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含許多托輥，托輥互相緊挨并置于三個(gè)分開的部件，中間部件置于支撐結(jié)構(gòu)上，兩側(cè)部件可調(diào)至一定傾角，該系統(tǒng)可以減小物料對(duì)輸送帶的沖擊，穩(wěn)定輸送帶部件以避免物料溢出，延長(zhǎng) 輸送帶部件壽命 [(6]。另外，對(duì)于保護(hù)裝置的研制，國(guó)外的保護(hù)裝置其保護(hù)功能更完善，并且在國(guó)內(nèi)外，基于 PLC的帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)也日趨完善，但其的價(jià)格比較昂貴，它并不能取代普通的帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置的地位。帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的保護(hù)現(xiàn)狀如下 : 1. 帶式輸送機(jī)的保護(hù) 1) 跑偏保護(hù) 跑偏保護(hù)是當(dāng)輸送帶發(fā)生跑偏時(shí)能夠使輸送機(jī)自動(dòng)停機(jī)。輸送帶跑偏后果是十分嚴(yán)重的。若輸送帶跑偏，煤灑落在下輸送帶，將造成大量煤積累到機(jī)尾 。煤灑落到巷道，將造成輸送帶拖地運(yùn)行。同時(shí)，輸送帶跑偏增大了其運(yùn)行的阻力，易縮短輸送機(jī)的使用壽命 . 2) 張緊力保護(hù) 張緊力保護(hù)是當(dāng)輸送帶張力過大或張力過小時(shí)，能夠控制張緊絞車，并在嚴(yán)重時(shí)能夠使輸送機(jī)自動(dòng)停機(jī)。張力過大時(shí)，會(huì)使輸送帶與滾筒間的摩擦增大，同時(shí)影響輸送帶的速度，而且易引起火災(zāi)事故，危及礦井和礦工的人身安全。同時(shí)，張力過小，輸送帶的垂度就會(huì)變大，也會(huì)影響生產(chǎn)[(g) 3) 溫度、煙霧保護(hù)和自動(dòng)灑水 采用滾筒驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于種種原因，可能出現(xiàn)輸送帶在驅(qū)動(dòng)滾筒上打滑現(xiàn)象，使輸送帶與驅(qū)動(dòng)滾筒摩擦，驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶的溫度升高，熱量積累，產(chǎn)生煙霧 (有毒有害氣體 )，如果使用的是非阻燃帶 ，將會(huì)引起火災(zāi)事故。為了避免火災(zāi)事故的發(fā)生，應(yīng)對(duì)溫度和煙霧進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)事故時(shí)，能監(jiān)測(cè)到溫度信號(hào)、煙霧信號(hào)，自動(dòng)灑水，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)，把事故消滅在萌芽狀態(tài) [9]。 4) 堆煤保護(hù) 堆煤保護(hù)是當(dāng)輸送機(jī)機(jī)頭發(fā)生堆積煤時(shí)能夠使帶式輸送機(jī)自動(dòng)停機(jī)。當(dāng)發(fā)生堆煤故障時(shí)，若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭的煤會(huì)越積越多，堆積的煤將會(huì)封堵巷道，影響礦井正常通風(fēng)，引起瓦斯積聚和瓦斯超限事故，而 遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)電設(shè)備與管理自考本科論文 8 且，堆積的煤使輸送機(jī)的負(fù)荷增大，引起輸送帶打滑，輕則磨斷輸送帶，重則造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。 5) 撕裂保護(hù) 撕裂保護(hù)是當(dāng)輸送帶發(fā)生撕裂時(shí)能夠使輸送機(jī)自 動(dòng)停機(jī)，減小對(duì)輸送帶的影響，防止撕裂事故的擴(kuò)大。帶式輸送機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于研石直接砸在輸送帶上、運(yùn)輸?shù)慕饘傥锟ㄔ谳斔蛶?、輸送帶跑偏卡刮在機(jī)架上等原因，將會(huì)造成輸送帶撕裂事故。由于發(fā)生撕帶的位置不確定，很難被人員發(fā)現(xiàn)，如果沒有撕裂保護(hù)裝置，就會(huì)致使輸送帶撕裂事故擴(kuò)大，增加維修輸送帶的費(fèi)用，并影響生產(chǎn)。 6) 速度保護(hù) 速度保護(hù)是當(dāng)一定時(shí)間內(nèi)輸送帶的速度過快或過慢，除啟動(dòng)和停車時(shí)，能夠使輸送機(jī)自動(dòng)停機(jī)。輸送帶速度過快時(shí)，輸送帶與滾筒易打滑，產(chǎn)生飛帶事故 。輸送帶速度過慢時(shí)，輸送機(jī)易出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。給生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的影 響。 7) 急停保護(hù) 急停保護(hù)的作用是在帶式輸送機(jī)的任何部位都可以人為地停止輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，有利于及時(shí)的控制帶式輸送機(jī)事故的發(fā)生和擴(kuò)大。 2. 帶式輸送機(jī)的手動(dòng)控制和集中控制 帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)具有單臺(tái)操作和集中控制功能。當(dāng)裝置為手動(dòng)工作方式，即作為單臺(tái)使用時(shí)，其啟動(dòng)和停車受自身的控制。集中控制時(shí)具有聯(lián)鎖保護(hù)功能，即某一臺(tái)停車時(shí)，向其供煤的帶式輸送機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)，具有逆煤流延時(shí)順序起車功育旨。 發(fā)展趨勢(shì) 帶式輸送機(jī)在運(yùn)行期間易產(chǎn)生粉塵。一般情況下，空中懸浮的粉塵由于重力作用會(huì)向下沉降，而處于沉降狀態(tài)的粉塵很 少被吸入，但在帶式輸送機(jī)運(yùn)行期間，粉塵會(huì)再次飛起造成二次揚(yáng)塵，增加粉塵隨工作人員呼吸進(jìn)入呼吸道的可能性。為了提高工作人員的身體素質(zhì)，因此增加粉塵 治理功能成為帶式輸送機(jī)的保護(hù)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向 。 帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)主要通過傳感器來對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后對(duì)信息進(jìn)行處理。由此可知，傳感器在系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用，而且隨著自動(dòng)化的提高，對(duì)數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性要求越來越高。因此，改進(jìn)和提高傳感器的靈敏度和實(shí)時(shí)性是帶式輸送機(jī)的保護(hù)控制系統(tǒng)的又一個(gè)發(fā)展方向 f。10 帶式輸送機(jī)是煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，其發(fā)生 故障必然會(huì)直接影響煤的產(chǎn)量。帶式輸送機(jī)保護(hù)控制的主題始終是切實(shí)保證安全和機(jī)械設(shè)備的可靠運(yùn)行。近年來隨著對(duì)產(chǎn)量和安全要求的提高，對(duì)輸送帶保護(hù)的要求也從與安全有關(guān)的八項(xiàng)保護(hù)，發(fā)展成對(duì)機(jī)械設(shè)備的故障診斷。故障診斷是當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，對(duì)故障進(jìn)行判別和診斷，但故障診斷后我們僅知道故障的類型，已滿足不了生產(chǎn)的需求，對(duì)帶式輸送機(jī)的保護(hù)進(jìn)一步發(fā)展成自動(dòng)消除潛在故障。因此，具有潛在故障自動(dòng)消除功能的帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)是其發(fā)展的必然方向。 課題的提出及研究的意義 粉塵保護(hù) 對(duì)于煤礦，在礦井生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)都 易產(chǎn)生粉塵，主要是打眼、爆破、支護(hù)及運(yùn)輸。而粉塵的危害也是多方面的，對(duì)礦山安全生產(chǎn)、機(jī)電設(shè)備、人體健康 遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)電設(shè)備與管理自考本科論文 9 等都有著不同程度的危害 . 一方面，生產(chǎn)環(huán)境中的高粉塵濃度會(huì)降低可視度，工作人員不能清晰地看到周圍的事物，從而很容易在操作時(shí)誤操作引發(fā)事故。另一方面，造成設(shè)備的磨損，粉塵會(huì)滲入到精密儀器或儀表的內(nèi)部，長(zhǎng)時(shí)間積累下去造成磨損，降低設(shè)備的精度及使用壽命。最嚴(yán)重的一方面是粉塵濃度達(dá)到一定界線會(huì)發(fā)生粉塵爆炸。一般情況下，在煤礦井下生產(chǎn)過程中，空氣中煤塵的濃度能達(dá)到爆炸的界限況并不常見，但由于 違章爆破、斜巷跑車和局部火災(zāi)或瓦斯爆炸等引起煤塵爆炸的事故卻屢有發(fā)生。新中國(guó)成立以來，全國(guó)煤礦發(fā)生一次死亡百人以上的生產(chǎn)安全事故有 20 多起，其中 6 起是由煤塵爆炸引起的。由此可見，粉塵爆炸對(duì)安全生產(chǎn)的影響是極為嚴(yán)重的。 帶式輸送機(jī)在運(yùn)行期間造成粉塵二次飛揚(yáng)，增加了空氣中的粉塵濃度，并隨著呼吸進(jìn)入工作人員的體內(nèi)。若長(zhǎng)期吸入粉塵會(huì)引起肺癌疾病，其中常見的是塵肺病。塵肺病會(huì)使人的免疫功能降低、呼吸系統(tǒng)的防御能力減弱，并引起多種并發(fā)癥，使人體所需要的氧氣得不到充分的供給，最終影響生命安全 。 因此，本設(shè)計(jì)中加入了粉塵保護(hù)。粉塵保護(hù)能有效的預(yù)防、控制和消除帶式輸送機(jī)運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的粉塵，大大地減小了其對(duì)工作人員的身體健康和生產(chǎn)安全的影響。 信息融合 帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)是由多種有源和無源傳感器集成的多傳感器系統(tǒng)，即多個(gè)傳感器對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在本系統(tǒng)中傳感器有著舉足輕重的作用，傳感器收集的信息是否可靠，直接影響帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，而傳感器是否能夠及時(shí)的收集信息，直接影響帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的速度。而在多傳感器系統(tǒng)中，由于信息的表現(xiàn)形式多樣化，信息量相當(dāng)?shù)拇?，且信?的關(guān)系也很復(fù)雜，在對(duì)信息處理實(shí)時(shí)性要求越來越高的背景下，就需要對(duì)信息處理的速度盡量越來越快。多傳感器信息融合 (Multisensor Information Fusion 簡(jiǎn)稱MSIF)就是為了滿足實(shí)際需要，對(duì)多個(gè)傳感器進(jìn)行協(xié)調(diào)，更快速、更準(zhǔn)確的提取信息。信息融合指通過對(duì)多個(gè)傳感器采集的信息進(jìn)行綜合處理，使被描述的對(duì)象更全面、更準(zhǔn)確、更可靠 . 為了提高信息的實(shí)時(shí)性和可靠性，使帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的效率進(jìn)一步提高，本設(shè)計(jì)應(yīng)用了信息融合的方法來處理傳感器收集的信息。 自動(dòng)調(diào)整控制 在自動(dòng)化迅速發(fā)展的今天， 如何提高設(shè)備的工作的效率和工作的可靠性是研究開發(fā)的主題。對(duì)于帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)僅是對(duì)故障的診斷已滿足不了客戶的需求，從而它己逐步向自動(dòng)調(diào)整控制方向發(fā)展，這就要求我們研究開發(fā)帶式輸送機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中增加了張緊自動(dòng)控制和跑偏自動(dòng)控制系統(tǒng)，當(dāng)張緊和跑偏出現(xiàn)問題時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)啟動(dòng)張緊絞車和自動(dòng)糾偏裝置，使之完成自動(dòng)調(diào)整。對(duì)于跑偏調(diào)整系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)有兩套跑偏傳感器，其中一套用于調(diào)整跑偏，當(dāng)系統(tǒng)跑偏時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)自動(dòng)糾偏裝置，直到系統(tǒng)處于正常狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)可能跑偏比較嚴(yán)重，那么第二套跑偏裝置作用，使系統(tǒng)處 于報(bào)警狀態(tài)。對(duì)于張緊調(diào)整系統(tǒng)，由于張緊傳感器是模擬量，所以我們可根據(jù)模擬量的大小來區(qū)分調(diào)整狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)。同時(shí)，我們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以了解跑偏和張緊狀態(tài)是相互影響的，如當(dāng)皮帶的張緊力的大小不適合時(shí)，也會(huì)造成帶式輸送機(jī)的跑偏，根據(jù)張緊狀態(tài) 遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)電設(shè)備與管理自考本科論文 10 來判斷是否跑偏，同時(shí)根據(jù)跑偏狀態(tài)也可判斷系統(tǒng)的張緊力是否合適。由此，通過系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)整和報(bào)警兩種方案，及根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)的相互影響來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，系統(tǒng)的安全可靠性得到進(jìn)一步的提高。 本文的組織安排 本課題設(shè)計(jì)的帶式輸送機(jī)的保護(hù)控制系統(tǒng)具有九大保護(hù)功能，分別為 :速度保護(hù)、 堆煤保護(hù)、跑偏保護(hù)、煙霧保護(hù)、溫度保護(hù)、沿線緊急停車、撕裂保護(hù)、張緊力保護(hù)、粉塵保護(hù)，并具有集中控制和單臺(tái)操作功能。 本文的主要組織安排如下 : 第一章，介紹了帶式輸送機(jī)的保護(hù)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，課題的提出及研究的意義。 第二章，介紹了帶式輸送機(jī)的保護(hù)控制系統(tǒng)的適用范圍、主要特性 。帶式輸送機(jī)的保護(hù)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理 。帶式輸送機(jī)的保護(hù)控制系統(tǒng)主要用途、功能以及帶式輸送機(jī)的保護(hù)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。 第三章，介紹了該系統(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng)的傳感器和多傳感器信息融合。為了從 傳感器中提取更快、更準(zhǔn)確的信息，并對(duì)于本設(shè)計(jì)的多個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提出了信息融合的方法，根據(jù)信息融合的結(jié)構(gòu)模型和信息融合方法，總結(jié)了帶式輸送機(jī)的模型和框架，并根據(jù)卡爾曼濾波算法和模糊邏輯法對(duì)帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析。 第四章，介紹了帶式輸送機(jī)的保護(hù)控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)。簡(jiǎn)要概述了DSP 及其特點(diǎn)，分析設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路 :電源板電路 。主控板電路，包括保護(hù)及控制單元、語(yǔ)音報(bào)警單元、打點(diǎn)單元和通訊單元 。顯示板電路，包括鍵盤輸入單元和液晶顯示單元。整體完