皮带断带监测与预警系统

1.本发明属于煤矿生产安全的技术领域，尤其涉及一种皮带断带监测与预警系统。


背景技术：

2.皮带运输机作为重要的运输设备，在电力、冶金以及煤炭等行业中承担着运输固体物料的重要作用。近年来，煤矿安全状况形势严峻，不断发生由皮带运输系统断带或故障造成矿工伤亡和财物的毁损。追根究底，事故发生的绝大多数原因是由于技术手段落后，不能及时采取有效预防措施所致。作为煤矿生产的重要组成部分，矿井皮带运输系统高效、安全、可靠的工作，关系到能否提升产煤效率和改善科研技术以及优化经济指标。矿井皮带运输系统本身具有环节多，线路长并配套各种运煤设备等特点，皮带运输系统中，任一环节中断，都会使得采掘工作面与其相应工作地点作业陷入瘫痪，甚至导致全矿停产。因此，矿井皮带运输系统的运行状态的好坏直接关系到煤矿生产能否正常进行及人员生命安全。故而加强对煤矿皮带运输系统状态监测与预警是十分有必要的。
3.针对皮带断带监测与预警过程中，国内外对矿井皮带运输状态检测与事故预警的研究已经在一些故障机理、诊断方法及简易检测诊断仪器研制上取得了一定成就，监测、诊断与预警等技术水平得到了迅速的提高，但是目前仍没有一套完善的矿井皮带运输状态检测与事故预警系统。
4.因此，有必要设计一种皮带断带监测与预警系统，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种皮带断带监测与预警系统，稳定性好、精度高，适合长距离监测，同时灵敏度高，内部结构简单，尺寸较小，适用性好。
6.为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种皮带断带监测与预警系统，包括物理层、数据采集与传输层、信息处理层；所述物理层包括振动传感器、温度传感器，用于采集皮带机的现场各项运行参数信息，所述振动传感器输出电流信号，通过隔离放大器将其转换成电压信号，然后再送给模拟量扩展模块；所述温度传感器输出的电流信号直接送入模拟量扩展模块；所述数据采集与传输层包括井下的三个plc分站，每个plc分站由plc和触摸屏组成，通过plc和其扩展模块完成对皮带机系统的实时状态监测和数据处理，所述触摸屏负责现场监测画面的显示以及与上位机的通信；所述信息处理层即上位主机，用于实时显示皮带机运行状态的实时信息，记录与查询历史数据、历史曲线、历史报表、报警记录，并具有异常预警与故障报警功能。
7.优选的，所述物理层还包括撕裂传感器，其输出为数字量输出，直接将其接入plc的数字量输入或其数字量扩展模块。
8.优选的，还包括位于井下的控制分站与位于井上的控制主站，控制主站的监控主机位于地面机电监控中心，监控主机包括工业计算机与闭路电视一台，工业计算机上安装
组态软件实现对整个皮带机集群的整体状态检测，闭路电视实现对现场画面实时监控；所述监控分站安装在井下每条皮带机机头位置，用于现场设备的数据采集和控制，安装相应的显示器用于就地显示皮带机运行状态，控制分站与传感器之间采用距阵结构联接，监控主站与控制分站之间采用现场网络总线结构并并入工业以太网，监控主站与监控主机之间通过矿井环形光纤以太网络联接。
9.进一步的，各个传感器不断循环监测皮带机各个状态量，若各个状态量均未达到预警值，则系统正常运行，下位机循环监测各个状态量而不采取任何动作；若未达到报警值，则只是向上位机发出正常运行信号；若有状态量达到报警值，则下位机立即停机，并向上位机发出报警信号。
10.由上，本发明对皮带运输机运行状态监测和断带预警，对皮带运输机多个不同区域进行同时监测，无需工作人员去到不同的现场检查运行情况。打破了传统监测方案所不具备的效率性和实时性；具有异常预警与故障报警等功能，保障了煤矿井下安全生产，实现对刮板输送机直线度的精准感知。
11.本发明提供一套完善的矿井皮带运输状态检测与事故预警系统，系统不仅稳定性好、精度高，而且也适合长距离监测，同时灵敏度高，内部结构简单，尺寸较小，适用性好。确立矿井皮带运输状态监测与事故预警系统的实验模拟测试和工业测试，为综合监控技术的广泛应用和提高煤矿矿井皮带运输状态监测与事故预警提供完善的系统方案。
12.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
14.图1为本发明的皮带断带监测与预警系统的架构结构图；
15.图2为本发明的皮带断带监测与预警系统的流程图；
16.图3为本发明的皮带机系统检测示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。
18.如图1至图3所示，本发明的皮带断带监测与预警系统主要分为物理层、数据采集与传输层、信息处理层。物理层主要由振动传感器、温度传感器和撕裂传感器组成，主要负责采集皮带机的现场各项运行参数信息。振动传感器输出电流信号，通过隔离放大器将其转换成电压信号，然后再送给模拟量扩展模块。温度传感器输出的电流信号直接送入模拟量扩展模块。撕裂传感器输出为数字量输出，直接将其接入plc的数字量输入或其数字量扩展模块。数据采集与传输层即井下的三个plc分站，每个plc分站由plc和触摸屏组成，通过plc和其扩展模块完成对皮带机系统的实时状态监测和数据处理，触摸屏负责现场监测画
面的显示以及与上位机的通信。信息处理层即上位主机，主要用于实时显示皮带机运行状态的实时信息，记录与查询历史数据、历史曲线、历史报表、报警记录，并具有异常预警与故障报警等功能。
19.如图1所示，皮带断带监测与预警系统主要由位于井下的控制分站与位于井上的控制主站构成，整个系统采用全分布式控制结构。控制主站的监控主机位于地面机电监控中心，监控主机包括工业计算机与闭路电视一台，工业计算机上安装组态软件实现对整个皮带机集群的整体状态检测，闭路电视则实现对现场画面实时监控。井下每条皮带机机头位置安装监控分站一台，用于现场设备的数据采集和控制，安装相应的显示器用于就地显示皮带机运行状态，控制分站与传感器之间采用距阵结构联接，监控主站与控制分站之间采用现场网络总线结构并入工业以太网，监控主站与监控主机之间通过矿井环形光纤以太网络联接。
20.图2为预警程序流程图，各个传感器不断循环监测皮带机各个状态量，若各个状态量均未达到预警值，则系统正常运行，下位机仅是循环监测各个状态量而不采取任何动作。若未达到报警值，则只是向上位机发出正常运行信号；若有状态量达到报警值，则下位机立即停机，并向上位机发出报警信号。在实际应用中，皮带机驱动装置的轴承由于承载着机器的负荷，许多典型的机械故障问题都会将状态信号传给轴承。因此系统运行监测点选择在轴承位置，由于不同的故障在不同的测量位置方向上有不同的反映，一般需要测量即x、y、z三个方向。测量点尽量靠近轴承的承载区，与被监测的传动部分最好只有一个界面，尽可能避免多层相隔。结合现场实际情况，测点分别选在电动机的前轴与后轴、液力耦合器的前轴与后轴，以及减速器的前轴与后轴。在皮带输送机系统每个驱动装置的六个轴承的位置，分别对径向水平方向、径向垂直方向的振动速度进行监测。每个驱动装置有6个测点，共12个方向，皮带机系统检测点示意图如图3所示，振动传感器、温度传感器、撕裂传感器布置在图3中1-6检测点，撕裂传感器主要用于对皮带机的纵向撕裂检测与保护。振动传感器、温度传感器为模拟量输出传感器，输出都是电流信号，主要负责把皮带机监测的振动、温度物理量转换为模拟电信号；当胶带发生撕裂故障时，传感器的输出继电器的常开触点闭合，发出胶带撕裂开关信号；通过a/d转换器将各模拟监测量转换为数字量，并传输至下位机，若未达到报警值，则只是向上位机发出正常运行信号；若有状态量达到报警值，则下位机立即停机，并向上位机发出报警信号。
21.在本发明中，通过对每一个检测点处得到的监测数据进行合成，进而整合起来对皮带运输机进行整体的分析。各监测数据超过了设定的上限预警值，计算机将弹出预警界面，观测人员作出相应的安全措施。
22.以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。