煤矿胶带输送机运行状态智能监测方法设计

煤矿胶带输送机运行状态智能监测方法设计

邬志强

国家能源集团锦界煤矿管理处 陕西省 榆林市 719319

摘要：在煤矿中，胶带输送机的应用越来越广泛。胶带输送机是煤矿工作时的重要使用设备，一旦发生故障就会导致整体工作效率受到影响，为此，必须提升运行状态监测效果，设计一种煤矿胶带输送机运行状态智能监测方法。采集胶带输送机视频图像数据，对视频图像除噪，区分图像背景与目标，并确定胶带输送机运行速度，根据速度评估胶带输送机的运行状态，以此实现胶带输送机运行状态的智能监测。本文就煤矿胶带输送机运行状态智能检测方法设计进行研究，以供参考。

关键词：胶带输送机；运行状态；智能监测

引言

随着全球能源发展进程的不断加快，煤矿作为重要能源受到了更多的关注，积极融合电气化和自动化技术体系，应用无人值守控制系统，利用智能通信技术、无线通信技术等搭建更加可控的运行管理平台，能在提升工作效率的同时延长设备使用寿命，最大程度上减少维护成本。

1带式输送机运行特性分析

带式输送机是一种新型的物料输送装置，通过驱动系统和输送带实现物料的传输，和传统的输送机系统相比，其承载托辊组发生了较大的变化，在每组托辊中共包括6组托辊模块，呈六边形的状态分布，将输送带包装成一种管状的结构，从而实现对物料近似密封性的运输。带式输送机在运输时，物料从输送机尾部的加料处进入到输送机的加料段，然后输送带的形状由平行转变为“U”型结构，然后再经过过渡段以后转变为状，在此阶段把物料严密包裹，逐渐的传输到输送机的头部，此时状的输送带开始逐步转变为平行状并把物料卸掉，在回程阶段，输送带可以转变为状运行，具有运输灵活性高、密封性好、适合散料运输的特点。输送带是带式输送机的核心，为了确保物料运输的可靠性，带式输送机在两边搭接的位置需要有良好的韧性和可弯折性，确保输送带在中间位置成管后的密封性和可靠性。输送带两侧搭边的长度不能小于管径的50%。带式输送机在运行的过程中横向受力较大，因此对横向刚性的要求较高，在长距离运输的过程中推荐采用钢丝绳芯输送带，其伸长率较小且安全系数较高，满足运输安全性需求。

2煤矿胶带输送机运行状态智能监测方法设计

2.1胶带输送机运行视频图像获取

此次以胶带输送机运行速度为监测量，在对胶带输送机运行状态评估前，首先需要获取到胶带输送机运行数据，根据实际需求此次选择监控器作为胶带输送机运行数据采集装置，获取到胶带输送机运行视频图像数据。数据采集装置主要由线形光源、工业线阵CCD相机、计算机三部分组成，根据煤矿井下作业环境以及运行数据质量要求，选择型号为KFHA-45647工业线阵CCD相机，将其安装在胶带输送机输送带一端上部，相机镜头采用ADGF-4A5F4高清镜头，考虑到井下比较黑暗，空间比较狭小，为工业线阵CCD相机配备一个型号为IHFA-1454线行光源，将其安装在工业线阵CCD相机正上方，间距控制在35cm～45cm之间，该光源呈散射状，将其作为工业线阵CCD相机补充光源。将工业线阵CCD相机与线行光源电源线路采用串联的方式接入胶带输送机伺服电机上，采用同一个开关，只要胶带输送机开启电源处于运行状态，工业线阵CCD相机与线行光源也会同时开启。根据实际情况，对工业线阵CCD相机分辨率、拍摄范围、焦距等参数进行设定，利用打卡器将工业线阵CCD相机拍摄到的视频图像自动读取，并通过无线网络将数据发送到计算机上，用于后续监测分析。

2.2智能巡检控制系统

为了提高自动巡检的可靠性，系统采用了分布式IO的PLC控制，PLC控制层为监控系统的核心，用于实现整个系统的管理和监控，分布式IO站点为系统的现场层，用于对一线监测数据进行汇总和分析。主控中心和分布式IO站点采用了环状的网络拓扑结构，从而保证了整个网络通信系统的稳定性和可靠性。为了解决有线数据传输电缆易损坏、灵活性差的问题，系统采用了无线网络传输方案，沿着圆管带式输送机运输路线设置了无线传输基站，满足数据的无线高速传输需求。在巡检机器人上搭载了高精度定位系统和RFID标签，实现在运行过程中的高精度定位，便于实时准确的确认故障发生位置。

2.3胶带跑偏检测机构设计

胶带跑偏检测是开展纠偏工作的基础和前提，因此需要对胶带跑偏现象进行实时准确的检测，具体操作时需要检测胶带的跑偏量及其跑偏速度，根据以上两个关键参数对胶带跑偏进行纠正。该检测机构主要为四连杆机构加一个滚轮，其中滚轮与胶带侧边紧靠。当胶带在横向上发生偏移时，会带动滚轮发生运动，滚轮通过四连杆机构带动距离检测元件发生移动。

2.4无线电通信系统

主要组成部分包括工控机、调度通信主机、无线电通信主机等，要结合实际应用规范落实设备配置工作。一方面，工控机主要采取的是多媒体信息汇总处理模式，能打造最优化组网处理体系，维持应用管理效果水平，避免应用操作不当产生的影响。另一方面，井下工作人员借助手机等客户端就能和地面监控中心取得联系，甚至可以直接安装无线电话机，以便于及时完成信息数据的反馈和处理，提高联络的便捷性和实效性。

2.5距离检测元件选型

距离检测元件性能会对纠偏机构的运行可靠性产生重要影响。本机构中选用的是红外线距离检测仪，基本原理是向外发射一束红外线，接触到物体以后反射回来并被元器件接收。根据红外线发射与接收的时间差，以及红外线在空气中的传播速度，即可计算得到元器件与物体之间的距离。

2.6基于AI技术的变频节能调速

矿井运输胶带输送机自动调速系统基于视频识别智能调速功能，充分发挥变频调速的作用，在确保胶带输送机安全运行的前提下，实现煤流线的闭锁启停。根据皮带上的实时煤量自动调整皮带速度，通过节省电耗（含提高电机本身运行效率及功率因数），减少各胶带运输机的空载运行，提高运行效率从而达到节能目的，降低了设备损耗，提升了设备的有效利用率。自动调速系统实时计算每条皮带的瞬时煤流体积，并根据胶带输送机的搭接关系，计算胶带输送机的运行速度，并当作控制指令下发到其他执行设备。结合模糊控制和顺槽变频胶带输送机运行数据，如采煤机割载速度、刮板机煤量、胶带输送机带面瞬时煤量等，设计项目主运输监控系统智能调速平台，实现胶带输送机的自动调速，充分发挥变频驱动系统节能降耗的功效。视频调速系统主要包括胶带输送机瞬时煤流采集识别、自适应最优控制两方面工作。通过视频识别技术对胶带输送机瞬间煤流进行采集识别，将获得的皮带运输机上的瞬时总煤量和瞬时煤量分布发给自适应最优控制服务器，自适应最优控制服务器结合自适应最优控制逻辑，依据煤量和皮带输送机速度，将需要的皮带速度发给井下PLC，通过PLC和变频器交互，对变频器输出频率进行反馈控制，通过控制变频器输出电流频率调节皮带输送机运行速度，使皮带输送机运行速度与皮带煤量相匹配，实现运输系统的综合性能最优。

结语

用于煤矿胶带输送机运行状态智能监测，有效提高了监测精度，此次研究对丰富胶带输送机运行状态智能监测理论，保证胶带输送机运行稳定性与安全性以及煤矿生产效率，具有良好的现实意义。

参考文献

[1]张宇栋.基于PLC的胶带机运行状态监测与综合保护系统开发[J].矿业装备,2021(3):222-223.

[2]王欢.带式输送机超远距离综合信号打点闭锁装置的设计与应用[J].机械管理开发,2021,36(3):222-223+244.

[3]许佳庆.基于PLC的矿用胶带输送机监控系统设计与应用[J].矿业装备,2021(4):272-273.