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帶式輸送機安全監(jiān)測系統(tǒng)的可行性分析研究

文檔作者：王哲文檔來源：晉能控股煤業(yè)集團挖金灣煤業(yè)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月03日
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自動化系統(tǒng)設(shè)計
2023年第6期 Mechanical Managementand Development No.6, 2023
總第242期 機械管理開發(fā) Tota2l 42
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2023.06.078
帶式輸送機安全監(jiān)測系統(tǒng)的可行性分析研究
王哲
（晉能控股煤業(yè)集團挖金灣煤業(yè)有限公司， 山西大同037001)
摘要：為保證帶式輸送機安全可靠運行，設(shè)計研究了礦用帶式輸送機的安全監(jiān)測系統(tǒng)功能架構(gòu)，并構(gòu)建了無線與
有線相結(jié)合以及具有移動巡檢、分布式監(jiān)測分站的通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測主站的主從式監(jiān)測系統(tǒng)。通過系統(tǒng)軟硬件結(jié)合，
使系統(tǒng)能夠?qū)捷斔蜋C運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并重點對監(jiān)測系統(tǒng)的主站監(jiān)測管理程序進行實驗?zāi)M測試，結(jié)
果表明，該礦用帶式輸送機安全監(jiān)測系統(tǒng)能夠達到設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞：礦用帶式輸送機；安全監(jiān)測；移動巡檢；無線通信
中圖分類號：TD528.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-773X(2023)06-0194-02
0 引言
帶式輸送機是輸送散裝物料的主要機械設(shè)備"，
其中，撓性輸送帶是物料的主要輸送件和承載件，通
過驅(qū)動滾筒帶動輸送帶，并利用摩擦驅(qū)動作用對散裝
物料實現(xiàn)連續(xù)運輸[2],因此輸送機具有輸送能力大、
對物料適應(yīng)性強、連續(xù)運輸、運行可靠、功耗小等優(yōu)點3，
主要應(yīng)用于煤礦的采掘、運輸和加工等過程中，能夠
適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境，已經(jīng)成為煤礦目前最為理
想的運輸設(shè)備[4]。帶式輸送機的工作原理是：通過傳
動、尾部滾筒，輸送帶形成無極環(huán)形帶，并利用托輥來
對上下輸送帶進行支撐，同時利用張緊裝置為輸送帶
提供所需的張力[5]。所以，在輸送機運行時，是通過驅(qū)
動裝置中輸送帶和傳動滾筒間的摩擦力驅(qū)動輸送帶
運行，并帶動輸送帶上的煤炭物料和輸送帶一起動作，
實現(xiàn)將煤炭物料從一個地方輸送到另一各地方[6。但
是，由于輸送機在設(shè)計上的不足會導(dǎo)致輸送機打滑、
跑偏、甚至爆炸等安全事故的發(fā)生，需要從本質(zhì)上使
輸送機的安全性能提高[7]。所以，為使帶式輸送機始
終能夠安全可靠地運行，設(shè)計研究了礦用帶式輸送機
的安全監(jiān)測系統(tǒng)功能架構(gòu),并構(gòu)建了無線與有線相結(jié)
合以及具有移動巡檢、分布式監(jiān)測分站的通信網(wǎng)絡(luò)和
監(jiān)測主站的主從式監(jiān)測系統(tǒng)，并對其可行性進行研
究，大幅提高帶式輸送機的安全運行度。
1 安全監(jiān)測系統(tǒng)的分析設(shè)計
為快速完成對帶式輸送機驅(qū)動部分、輸送帶、托
輥與機架等故障的有效監(jiān)測,對礦用帶式輸送安全監(jiān)
測系統(tǒng)功能架構(gòu)進行設(shè)計，圖1為輸送機安全監(jiān)測系
統(tǒng)功能架構(gòu)圖。
圖1中，輸送機安全監(jiān)測系統(tǒng)組成部分有安全監(jiān)
測管理主站、安全監(jiān)測分站、通信網(wǎng)絡(luò)。通過兩種方式
來全面獲取輸送機的運行相關(guān)信息，一是以巡檢的方
式通過人感官獲得；另一種是利用傳感器，由原被測
物理量轉(zhuǎn)換為電量信號。所以，為實現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)換，還
礦用帶式輸送機安全監(jiān)測系統(tǒng)
通信安全監(jiān)測分站安全監(jiān)測管理主站
分布式監(jiān)測分站移動巡檢分站
故障判斷報警數(shù)據(jù)曲線顯示數(shù)據(jù)存儲查詢
維修建議
打滑縱向跑偏膠帶托輥危險巡檢位置置
斷帶撕裂堆煤著火溫度氣閑故障障信
監(jiān)測監(jiān)測監(jiān)測監(jiān)測檢測檢測菜集
圖1 安全監(jiān)測系統(tǒng)功能架構(gòu)圖
建立了移動巡檢分站和分布式監(jiān)測分站，其中，對于
移動巡檢分站主要用于收集輸送機沿線托輥的溫度
以及監(jiān)測掘進作業(yè)面中的CO2、瓦斯、CO等危險氣體
的濃度，同時采集人的感官，以此來快速對故障現(xiàn)象
和位置信息進行獲??；而對于分布式監(jiān)測分站主要對
輸送機沿線的傳感器信號進行收集，便于監(jiān)測輸送機
常見的一些故障，如堆煤、打滑、跑偏等。最終經(jīng)通信
系統(tǒng)，將分站采集到的信息傳輸給主站，并對數(shù)據(jù)進
行分析和處理，實現(xiàn)故障報警、數(shù)據(jù)顯示、存儲和查詢
等功能。
1.1 監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計
安全監(jiān)測系統(tǒng)有兩種信息采集方式，即固定傳感
器和移動巡檢，其中固定傳感器的安裝位置比較分
散，其分布式監(jiān)測分站是各布置一個傳感器在機頭、
機尾和中間的位置。所以，鑒于傳感器的安裝位置，位
于機頭處的監(jiān)測分站重點對對跑偏、編碼器、溫度、煙
霧和堆煤等傳感器的信號進行采集；位于機尾處的監(jiān)
測分站重點對測力、漏料、編碼器、跑偏和堆煤等傳感
器的信號進行收集；而位于中間位置處的監(jiān)測分站重
點對拉力和跑偏傳感器的信號進行采集。此外，對于
移動巡檢分站，其重點是用來采集溫度和氣體傳感器
的信號。下頁圖2為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。
下頁圖2中，安全監(jiān)測系統(tǒng)組成部分有分布式監(jiān)
測和移動巡檢分站、傳感器組、監(jiān)測主站、通信設(shè)備
收稿日期：2022-04-29
作者簡介：王哲（1995一），男，山西大同人，本科，畢業(yè)于太原理工大學現(xiàn)代科技學院，助理工程師，研究方向為礦山信息和智能化。
2023年第6期 王哲：帶式輸送機安全監(jiān)測系統(tǒng)的可行性分析研究 ·195.
主站
CAN總線() （
無線接收裝置
無線傳輸
() ()
機尾分布式中間分布式機頭分布式
監(jiān)測分站監(jiān)測分站監(jiān)測分站
個移動巡檢分站
編碼器
跑偏傳感器測力傳感器漏料傳感器堆煤傳感器張力傳感器跑偏傳感器
編碼器編碼器
跑偏傳感器溫度傳感器煙霧傳感器堆煤傳感器
圖2 安全監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
等，本文采用有線和無線相結(jié)合模式對主站和分站的
數(shù)據(jù)信息進行傳輸。通過無線方式，將各分站采集到
的被測量信息匯總至無線網(wǎng)站，再通過CAN總線[8]
傳輸給主站完成故障分析。
1.2 監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計
鑒于上述對監(jiān)測系統(tǒng)硬件的設(shè)計，需結(jié)合相應(yīng)的
軟件，才能實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)功能。本文將主要對主站監(jiān)
測管理程序進行設(shè)計。
對于主站監(jiān)測管理，其運算處理中心是采用工控
機，并結(jié)合LabVIEW[9-10]來處理和分析檢測信息，設(shè)
計出具有人機界面的安全監(jiān)測管理系統(tǒng)。監(jiān)測管理程
序主要有用戶登錄、數(shù)據(jù)讀取、存儲與查詢、參數(shù)設(shè)
置、安全監(jiān)測及系統(tǒng)幫助等模塊，其中，對于用戶登錄
是限制和管理系統(tǒng)使用者；對于數(shù)據(jù)讀取和參數(shù)設(shè)置
是檢測管理系統(tǒng)功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)，有輸送機故障報警
閥值、結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān)參數(shù)、串口通信參數(shù)等設(shè)置參數(shù)；
對于數(shù)據(jù)讀取是對來自串口傳輸?shù)谋O(jiān)測數(shù)據(jù)進行讀
??；對于安全監(jiān)測是分析和判斷各種故障，并通過顯
示相關(guān)參數(shù)值與曲線來顯示故障情況；對于數(shù)據(jù)存儲
與查詢是存儲有關(guān)歷史數(shù)據(jù)和故障信息，同時提供查
詢功能；對于系統(tǒng)幫助，有系統(tǒng)的故障維修建議以及
使用說明，圖3為主站監(jiān)測管理程序架構(gòu)。
2 安全監(jiān)測系統(tǒng)的可行性分析
為得到安全監(jiān)測系統(tǒng)的可行性和可靠性，通過模
擬實驗進行測試，并對主站監(jiān)測管理程序進行測試和
驗證。模擬當輸送帶在正常工況運行時，由于張力的
不足造成CO,濃度超限以及輸送帶出現(xiàn)打滑兩種現(xiàn)
象，并對管理程序進行監(jiān)測，驗證其是否能達到設(shè)計
要求。
實驗中，當帶式輸送機正常運行時，額定帶速是
2.5m/s，頭尾改向滾筒直徑均是0.8m，兩個傳動滾筒
登錄系統(tǒng)
參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)讀取安全監(jiān)測模塊狀態(tài)顯示數(shù)據(jù)存儲與查詢
輸送機參數(shù)
報警門限
審口數(shù)據(jù)讀取
數(shù)據(jù)包解析故障分析故障報警實時數(shù)據(jù)實時曲線
歷史監(jiān)測參數(shù)
歷史故障
退出系統(tǒng)
圖3 主站監(jiān)測管理程序架構(gòu)
直徑均是1m。從帶式輸送機正常運行時的界面顯示
情況可以看出，輸送帶滑差率和張力大小都在可以控
制的范圍內(nèi)進行波動，且各項參數(shù)都顯示正常，沒有
報警。
實驗中，當出現(xiàn)張力不足，導(dǎo)致輸送帶打滑和
CO2濃度超限時，滑差率不斷增大，且超出一級打滑
下限；而張緊力曲線則出現(xiàn)下滑情況，并逐漸達到張
緊力的下限；張力不足、CO2濃度超標指示燈亮，同
時，打滑指示燈也亮并顯示故障，其余參數(shù)都顯示正
常。這就表明主站監(jiān)測管理程序可對故障進行監(jiān)測和
報警,并顯示對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
3結(jié)語
為保證帶式輸送機安全可靠運行，本文設(shè)計研究
礦用帶式輸送機的安全監(jiān)測系統(tǒng)功能架構(gòu)，并構(gòu)建了
無線與有線相結(jié)合以及具有移動巡檢、分布式監(jiān)測分
站的通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測主站的主從式監(jiān)測系統(tǒng)。最后，
通過系統(tǒng)軟硬件結(jié)合，使系統(tǒng)能夠?qū)捷斔蜋C運行
狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并重點對監(jiān)測系統(tǒng)的主站監(jiān)測管
理程序進行實驗?zāi)M測試，結(jié)果表明，該礦用帶式輸
送機安全監(jiān)測系統(tǒng)能夠達到設(shè)計要求。
參考文獻
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（下轉(zhuǎn)第198頁）
1
（編輯：王慧芳）
上接第195頁
Rese vor
（編輯：李俊慧）
.198· 第38卷
機械管理開發(fā)
jxglkfbjb@126.com
量控制下的轉(zhuǎn)矩脈動較明顯，脈動幅度較小，在大約
為0.15s的時間內(nèi)轉(zhuǎn)矩達到最大值隨后降低到最小
并逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，當受到外部干擾時，轉(zhuǎn)矩變化
非常明顯。由此可以看出，直驅(qū)系統(tǒng)在進行控制的過
程中會存在較大的速度脈動和轉(zhuǎn)矩脈動，為了保證運
行的平穩(wěn)性，需要使用變頻器進行控制并優(yōu)化控制算
法，實現(xiàn)平穩(wěn)啟動和運行。
4 現(xiàn)場應(yīng)用與效果分析
對本次提出的礦用帶式輸送機直驅(qū)系統(tǒng)，該系統(tǒng)
運用變頻器控制啟動，能實現(xiàn)系統(tǒng)傳動的緩慢勻速啟
動，避免了電機啟動的瞬間大電流給電網(wǎng)帶來的沖
擊，以及轉(zhuǎn)矩瞬時劇增給傳動系統(tǒng)帶來的機械沖擊，
由此降低了系統(tǒng)的電網(wǎng)故障和機械故障，同時由于比
原系統(tǒng)減少了液力偶合器及減速器，在維修費用上每
年至少可節(jié)約3萬元，從而降低了維護成本。采用永
磁直驅(qū)滾筒帶式輸送機可以有效節(jié)省減速器、制動器
和聯(lián)軸器等部件，大大降低設(shè)備的制造成本，同時也能
夠降低設(shè)備的故障率,基本上不需要進行維修。目前，
傳統(tǒng)的帶式輸送機都需要配備工人進行維護，使用永
磁直驅(qū)滾筒后每年可以節(jié)省至少190萬元的維修成
本，減少設(shè)備的維護量和耗材量，并且控制系統(tǒng)采用軟
啟動控制，保證啟動平穩(wěn)高效，做到免維護。
5 結(jié)語
針對傳統(tǒng)的礦用帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)采用電動
機、減速器和聯(lián)軸器等部件連接導(dǎo)致傳動系統(tǒng)復(fù)雜、
傳動效率低、機械效率低、耗能較高等問題，本文提出
了一種永磁直驅(qū)滾筒帶式輸送機，從而將電能直接轉(zhuǎn)
變?yōu)闄C械能，節(jié)省了電動機、聯(lián)軸器和減速器等部件，
縮短了傳動鏈，使得最終傳動效率大大提高，并采用
軟啟動變頻器，使得整個系統(tǒng)的啟動過程更加快速，
帶式輸送機的運行更加平穩(wěn)，沖擊更小。通過現(xiàn)場應(yīng)
用驗證了方案的合理性，總的傳動效率達到了93%，
綜合節(jié)能效果提高了25%左右，降低了電能的損耗，
大大節(jié)省了企業(yè)的維修成本,取得良好的應(yīng)用效果和
經(jīng)濟效益。
參考文獻
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archontheControlStrate TDirectDrive eed MiningBeltConve
Deng Yongsheng
( Shanxi Coking Coal Xishan Coal Power Xigou Coal Mine, Taiyuan Shanxi 030024)
Abstract: Aiming at the problems of complex drive system structure, low mechanical efficiency, high noise and high energy consumption in
the traditional belt conveyor drive method, a permanent magnetic direct drive speed control system for mining belt conveyor is proposed by
analyzing the drive form of belt conveyor, which eliminates the components such as motor, reducer and brake and directly converts
electrical energy into mechanical energy, reducing mechanical loss, failure rate and maintenance rate. The direct-drive system control
strategy is also studied, resulting in better starting performance of the belt conveyor and more stable operation of the system. The field
application shows that the total transmission eficiency of the system has reached 93%, the comprehensive energy saving effect has
increased by 25%, the annual cost of the enterprise can be saved about 1.8 million yuan, and achieving good application effect and
economic benefits, which is very valuable for application and promotion.
Key words: mining belt conveyor; drive mode; permanent magnet direct drive; economic benefits
[10] 張宏.煤礦安全監(jiān)測與監(jiān)控技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版
社,2013.
FeasibilityAnal andRe afe vonifori stemof BeltConveyors
Wang Zhe
( Jinneng Holding Coal Industry Group Wajinwan Coal Industry Co., Ltd., Datong Shanxi 03700
Abstract: In order to ensure the safe and reliable operation of belt conveyors, the functional architecture of the safety monitoring system for
mining belt conveyors was designed and studied. A master-slave monitoring system was constructed, which combines wireless and wired
communication, and has mobile inspection and distributed monitoring sub stations. Finally, through the combination of system software and
hardware, the system can monitor the operating status of the belt conveyor in real time, and the main station monitoring management
program of the monitoring system is mainly tested through experimental simulation. The results show that the safety monitoring system of the
mining belt conveyor can meet the design requirements.
Key words: mining belt conveyor; safety monitoring; mobile inspection; wireless communication

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