王向陽(yáng)

(潞安集團(tuán) 潞安新疆煤化工集團(tuán)有限公司，新疆 哈密 839000)

在煤礦井下經(jīng)常有大塊炭塊、矸石從工作面運(yùn)出，在膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)載處或溜煤眼發(fā)生堆煤和棚口故障，輕則導(dǎo)致短時(shí)的停機(jī)，嚴(yán)重時(shí)，需要多人清理堆煤和處理棚口故障，費(fèi)事費(fèi)力，影響礦井正常生產(chǎn)。特別是發(fā)生在下運(yùn)膠帶時(shí)，一旦膠帶輸送機(jī)停止運(yùn)行，大塊物會(huì)由于慣性繼續(xù)向下滾動(dòng)，給礦井安全帶來巨大隱患。為杜絕這類事故發(fā)生，及時(shí)檢測(cè)輸送機(jī)上的大塊物并清理出去就顯得很有必要。傳統(tǒng)方式都是依靠加強(qiáng)司機(jī)和檢修工的責(zé)任心，當(dāng)發(fā)現(xiàn)膠帶上有大型異物時(shí)，及時(shí)進(jìn)行停機(jī)處理。如果司機(jī)或檢修工沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就可能會(huì)造成事故。因此，完全依靠人工不太可靠，一方面增加了工人的工作負(fù)擔(dān)，另一方面不可避免地總有零星事故發(fā)生。

鑒于此，設(shè)計(jì)一種煤礦井下膠帶輸送機(jī)大塊物自動(dòng)檢測(cè)預(yù)警裝置勢(shì)在必行。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)及方案

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

為了解決傳統(tǒng)技術(shù)中完全依賴人工檢查的不足，我們?cè)O(shè)計(jì)一種能夠自動(dòng)檢測(cè)大塊物的裝置，當(dāng)檢測(cè)到有大塊物的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)提醒膠帶輸送機(jī)司機(jī)注意。

1.2 設(shè)計(jì)方案

膠帶輸送機(jī)大塊物自動(dòng)檢測(cè)預(yù)警裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1(a)所示，其實(shí)現(xiàn)大塊物自動(dòng)檢測(cè)方案共分為三步：

第一步，異物高度檢測(cè)。通過在膠帶輸送機(jī)機(jī)架上裝設(shè)1個(gè)龍門架，固定在膠帶輸送機(jī)某一膠帶機(jī)架上端，龍門架上包括與膠帶機(jī)架兩側(cè)固定的支撐板及連接兩側(cè)支撐板的轉(zhuǎn)動(dòng)軸；轉(zhuǎn)動(dòng)軸一端設(shè)置一旋鈕電位器，旋鈕電位器的本體固定于龍門架的支撐板上，旋轉(zhuǎn)部分固定于轉(zhuǎn)動(dòng)軸上并可以隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)；旋鈕電位器均連接至PLC-300邏輯控制器，根據(jù)電位器旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；PLC-300邏輯控制器通過接收到的數(shù)據(jù)計(jì)算膠帶上傳送的異物高度，高度超出規(guī)格后控制連接的警報(bào)器發(fā)出警報(bào)信號(hào)。

第二步，異物寬度檢測(cè)：轉(zhuǎn)動(dòng)軸上排列布置5塊獨(dú)立鐵板，每一鐵板獨(dú)立地相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)應(yīng)每一鐵板，在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的逆止齒，以使鐵板主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸從動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，而轉(zhuǎn)動(dòng)軸主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)鐵板不轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1(b)所示。每一鐵板上設(shè)置一接近開關(guān)的第一感應(yīng)端，所轉(zhuǎn)動(dòng)軸正下方設(shè)置固定軸，在固定軸對(duì)應(yīng)位置設(shè)置正對(duì)第一感應(yīng)端的第二感應(yīng)端；每一鐵板上設(shè)置的接近開關(guān)均連接至PLC-300邏輯控制器，根據(jù)鐵板上接近開關(guān)動(dòng)作的數(shù)量數(shù)據(jù)，PLC-300邏輯控制器通過接收到的數(shù)據(jù)計(jì)算膠帶上輸送的異物寬度，寬度超出規(guī)格后控制連接的警報(bào)器發(fā)出警報(bào)信號(hào)。

第三步，異物長(zhǎng)度檢測(cè)；測(cè)試鐵板側(cè)邊設(shè)置一接近開關(guān)的第一感應(yīng)端，龍門架上正對(duì)第一感應(yīng)端的位置固定設(shè)置第二感應(yīng)端,其動(dòng)作如圖1(d)所示。設(shè)置的接近開關(guān)連接至PLC-300邏輯控制器，PLC-300邏輯控制器根據(jù)接近開關(guān)動(dòng)作時(shí)間及膠帶速度計(jì)算膠帶上輸送的異物長(zhǎng)度，長(zhǎng)度超出規(guī)格后控制連接的警報(bào)器發(fā)出警報(bào)信號(hào)。

同時(shí)為了確保檢測(cè)異物的可靠性，在龍門架的膠帶小架沿膠帶運(yùn)輸方向前端設(shè)置一攝像頭，鏡頭朝向膠帶方向進(jìn)行拍攝。當(dāng)有大塊物出來時(shí)，發(fā)出報(bào)警同時(shí)拍攝照片傳輸給膠帶司機(jī)進(jìn)一步確認(rèn)大塊異物。

PLC-300邏輯控制器根據(jù)檢測(cè)到大塊物的不同尺寸，發(fā)出不同的聲光報(bào)警信號(hào)，提醒司機(jī)注意。與此同時(shí)，追蹤攝像頭將拍攝到的畫面?zhèn)魉椭凉ぷ魅藛T，提醒工作人員注意。系統(tǒng)檢測(cè)到大型異物后，PLC控制器可根據(jù)膠帶實(shí)時(shí)運(yùn)行速度連續(xù)不斷地向工作人員提示大塊異物到達(dá)膠帶輸送機(jī)頭的距離，工作人員可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理。

圖1 膠帶輸送機(jī)大塊物自動(dòng)檢測(cè)預(yù)警裝置結(jié)構(gòu)及控制原理示意

2 工作原理

通過螺栓連接的方式，將龍門架1的支撐板11和膠帶輸送機(jī)的機(jī)架固定連接，架設(shè)在膠帶輸送機(jī)機(jī)架上端。將兩個(gè)支撐板11通過螺栓垂直固定在膠帶輸送機(jī)機(jī)架上，兩個(gè)支撐板11頂端通過一轉(zhuǎn)動(dòng)軸12連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸12可相對(duì)支撐板11轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸12軸上有5處逆止齒，軸上有5塊獨(dú)立的鐵板2，逆止齒的作用是當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸12轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)鐵板2不轉(zhuǎn)動(dòng)，鐵板2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)軸12轉(zhuǎn)動(dòng)。

龍門架1的左側(cè)設(shè)置一旋鈕電位器4，旋鈕電位器4的旋轉(zhuǎn)部分設(shè)置于轉(zhuǎn)動(dòng)軸12上并隨轉(zhuǎn)動(dòng)軸12轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電位器電阻發(fā)生大小變化，電阻信號(hào)向PLC-300邏輯控制器發(fā)送信號(hào)，PLC-300邏輯控制器通過計(jì)算可轉(zhuǎn)換為鐵板2離開膠帶的高度，通過三角換算，可計(jì)算得到大塊物的高度。

如圖1(c)所示，5塊鐵板上還安裝有5個(gè)接近開關(guān)8，接近開關(guān)8另一半安裝在龍門架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸12下面設(shè)置的一固定軸13上，以此用來檢測(cè)大塊物的寬度。當(dāng)膠帶上傳輸物料中存在大塊物時(shí)，輸送至鐵板位置時(shí)，會(huì)帶動(dòng)鐵板2向輸送方向轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵板2上設(shè)置的接近開關(guān)3的第一感應(yīng)端31和設(shè)置于固定軸13上的第二感應(yīng)端32的相對(duì)位置發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的接近開關(guān)3向PLC-300邏輯控制器5發(fā)送信號(hào)。PLC-300邏輯控制器5通過識(shí)別接近開關(guān)3發(fā)送的信號(hào)，確定轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵板2的數(shù)量，從而可確定發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵板2的數(shù)量，進(jìn)一步通過統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵板2的數(shù)量即可大體確定大塊物的寬度。如圖1(c)所示，左側(cè)顯示為正常情況的狀態(tài)，右側(cè)顯示為被異物碰撞后。編號(hào)為①②③的接近開關(guān)被異物碰撞，PLC-300邏輯控制器通過運(yùn)算，可以計(jì)算出異物的寬度。

轉(zhuǎn)動(dòng)軸12最右端邊緣設(shè)置一接近開關(guān)3的第一感應(yīng)端31，在第一感應(yīng)端31正對(duì)的右側(cè)支撐板11上設(shè)置第二感應(yīng)端，接近開關(guān)3也連接到PLC-300邏輯控制器5，當(dāng)有大塊物出來時(shí)，無論哪一塊獨(dú)立鐵板動(dòng)作，轉(zhuǎn)動(dòng)軸12轉(zhuǎn)動(dòng)，接近開關(guān)向其發(fā)送信號(hào)，PLC-300邏輯控制器5利用接近開關(guān)3斷開-閉合時(shí)間，結(jié)合膠帶運(yùn)行速度，計(jì)算出大塊物的長(zhǎng)度。

至此，大塊物的長(zhǎng)、寬、高就能通過系列數(shù)據(jù)傳給PLC-300邏輯控制器5計(jì)算得出，同時(shí)通過PLC-300邏輯控制器5，比較實(shí)時(shí)運(yùn)行于膠帶上的大塊物的尺寸與預(yù)設(shè)最大物塊尺寸，若實(shí)時(shí)運(yùn)行于膠帶上的大塊物的的長(zhǎng)寬高中至少一項(xiàng)超出設(shè)定的閾值時(shí)，PLC-300邏輯控制器5控制的J1繼電器動(dòng)作，接通警報(bào)器工作電源使其發(fā)出警報(bào)信號(hào)，提醒工作人員及時(shí)進(jìn)行清理。同時(shí)，PLC-300邏輯控制器5控制的J2繼電器動(dòng)作，接通追蹤攝像頭6工作電源，在控制警報(bào)器進(jìn)行警報(bào)的同時(shí)，使追蹤攝像頭6對(duì)大塊物進(jìn)行拍攝，讓司機(jī)對(duì)大型異物進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)。其中追蹤攝像頭采用山西科達(dá)自控生產(chǎn)的KBA12-C礦用本質(zhì)安全型除塵攝像儀。SM321為數(shù)字量輸入模塊，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5為測(cè)試鐵板上接近開關(guān)，SQ6為轉(zhuǎn)動(dòng)軸12右端邊緣上的接近開關(guān)，SM322為數(shù)字量輸出開關(guān)，J1為控制報(bào)警裝置，J2為控制攝像頭，SM331為模擬量輸入模塊，電位器4的信號(hào)輸入。控制原理如圖2所示。

圖2 PLC控制原理圖

PLC-300邏輯控制器5還可根據(jù)鐵板距離追蹤攝像頭6的距離和膠帶運(yùn)行的速度，確定追蹤攝像頭6進(jìn)行拍攝的時(shí)間。追蹤攝像頭6將拍攝結(jié)果同時(shí)傳輸至工作人員確認(rèn)，排除其他如煤堆積等造成的假象。如果確實(shí)存在大型異物，可根據(jù)膠帶速度向工作人員連續(xù)不斷地提示大塊異物到達(dá)膠帶輸送機(jī)頭的距離，以使工作人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行處理。

為了更準(zhǔn)確地檢測(cè)大塊物的形狀，同時(shí)也為避免檢測(cè)大塊物鐵板遭受大塊物的沖擊而損壞，在每塊鐵板上安裝配重，可以使鐵板輕松自由轉(zhuǎn)動(dòng)，避免因鐵板自重在發(fā)生沖擊時(shí)損壞。

3 結(jié) 語(yǔ)

煤礦井下膠帶輸送機(jī)大塊物自動(dòng)檢測(cè)預(yù)警裝置，通過接近開關(guān)、旋轉(zhuǎn)按鈕和可編程控制器PLC，通過邏輯運(yùn)算，計(jì)算出大塊物的體積，再根據(jù)膠帶運(yùn)行速度計(jì)算到達(dá)各膠帶輸送機(jī)頭的時(shí)間，提醒操作人員注意，為了避免錯(cuò)誤，利用攝像頭進(jìn)一步確認(rèn)，降低了裝置的錯(cuò)誤率，提高了裝置的可靠性。