摘要：本文介绍了智能化胶带输送机的故障类型，国内外先进监测和研究方法，通过设计研究一套集所有故障为一体的综合故障监测平台，通过实现下位机监测系统（机头和机尾）的硬件及软件设计，上位机与下位机之间的串行通信，达到综合实时监测的目的。

关键词：智能化胶带输送机；监测平台；实时；通讯系统

钢绳芯胶带输送机是煤矿普遍使用的一种重型运输设备，是煤矿井下生产运输和自动输送装车的核心设备，其运行状况直接影响煤矿的生产效率和安全系数。钢绳芯胶带输送机接头断裂、纵向撕裂和起火事故时有发生，至今仍然没有较为可靠的综合监测系统，因而加强对钢绳芯胶带故障的在线监测方法和技术的研究势在必行。

1钢绳芯胶带输送机故障类型

根据调查问卷显示，钢绳芯胶带输送机的主要故障为接头断裂、纵向撕裂、胶带起火，这3中类型的故障占到所有故障的2/3。由于接头是易受损伤部件，导致钢绳芯胶带横向断裂几乎无一例外都发生在接头位置，主要是因为硫化接头的强度保持率不够。纵向撕裂是由于一些棒料物插入输送带，大块长形矸石掉在输送带上，机架某些固定部位划伤或挂住胶带，铁丝钩住输送带等，就将造成重大的经济损失，因此，国内出现了不少监测方法和装置。概括起来主要分为发生撕裂后输送带外部和内部参数特性变化两类监测方式。其中，外部监测方法包括棒型监测器、弦线式监测装置、摆动托辊监测器、漏料监测装置。内部监测方法包括振动传感监测器、胶带内部埋嵌导体的监控、超声波监测系统等。胶带输送机火灾事故约占工矿火灾事故的20%，因而世界各国均对该项技术的研究非常重视，做了不少研究工作，主要集中在以下几个方面：驱动滚筒温升监测、滚筒打滑监测、烟雾报警监测等。

2在线监测系统设计

2.1技术实现背景

针对国内外对钢绳芯胶带输送机各种监测方法的研究与应用，发现目前的监测方法、方式花样繁多，但避免故障发生的作用并不是非常明显。原因是没有一个综合的在线监测控制平台对所有监测方法进行集成，因此，本文采用组态软件将国内外先进的监测方法集为一体，设计研究一套全方位、多角度、无死角的实时在线监测系统平台。本文的研究对象选择山西省西山矿务局马兰煤矿地主斜井输送机，井筒斜长767.72m，倾角22°。运输能力：Q=600t/h，提升高度：H=291.1m，带宽：B=1000mm，带速V=3.15m/s，物料粒度：0～300mm原煤，物料散密度：γ=1.41t/m3。

2.2下位机监测系统设计

（1）机头监测部分设计。我们采用上位PC机作监测主站，收集机头和机尾的80C196KB以及温度监测的AT89C2051单片机的测量数据，从而形成一个主从式分布测量系统。胶带输送机机头监测部分主要包括接头断带监测、机头主动滚筒打滑监测和机头皮带跑偏监测三部分内容，同时，还包括报警显示和参数输入功能，其系统结构如图1所示。对于机头监测系统，其状态显示与报警部分直接购买配套产品，我们主要开发了机头主机板、机头信号处理板、LED显示3块电路板，来构成机头的监测系统。（2）机尾监测部分。机尾监测部分主要包括机尾撕带监测、托辊超温监测和滚筒打滑监测三大部分内容，其整体结构如图2所示。由于机尾监测的主机板与机头的相同，而机尾没有报警板，由于机尾的落料口的距离较远，我们在每个撕带监测点用一套撕带扩展板，就近将机尾的撕带信号出路放大后送入机尾处理板，因此，我们就机尾监测系统划分为机尾主机板、机尾撕带扩展板和机尾处理板三大部分。（3）监测系统软件设计。监测系统软件设计也包括机头、机尾和环境温度监测三部分的软件设计，其中机头部分与机尾和环境温度部分相比，还多承担了参数输入、胶带机故障诊断与状态显示等功能，主要实现的功能包括系统机头监测参数的设置，机尾监测参数的设置，环境温度报警阈值的设置，机头监测数据的采集与运算，胶带机运行状态判断、胶带运行状态的显示和故障报警，监测参数的接收和数据的上报等，其程序机构图见图3，主要分成系统初始化、定时器中断、HIS输入与EXTINT中断和通信中断几大部分。

2.3上位机系统设计

在本测量系统中，我们采用主从式测量系统来实现对胶带机工况的实时监测与故障诊断，上位机选用普通PC作为主机，负责下位机现场的测试数据进行采集、分析和存储，运行状态的实时工况分析与故障诊断，胶带接头损伤的趋势分析，监测系统参数的标定，显示记录与故障报警，以及测量参数的查询等。胶带输送机状态状态监测系统如图4所示，主要完成与下位机通信、测量数据的显示、接头刚度回归计算、故障报警和趋势分析等功能。图中所示，上半部显示胶带接头测量的实时参数，包括实时测量的接头长度，接头的伸长量，张力和胶带速度，胶带机头主动滚筒、机尾从动滚筒的滑差率。下部为胶带机环境温度各测点的实时温度显示；中间分别为系统时间和胶带机运行状态，当胶带机各项参数都正常时，胶带机运行状态将显示正常，且绿灯闪烁；当胶带机出现运行故障时，在状态框内将会以红色指示灯闪烁的形式报警故障类型和故障位置，同时伴有声音报警，该报警将会一直持续下去，直到我们用鼠标双击胶带输送机状态框；当多个故障同时发生时，按照故障的严重程度来报告，状态栏只显示报告前面的故障，但是可以在输送机状态查询中察看胶带输送机的详细故障记录。2.4上位机与下位机之间的串行通信整个系统属于主从式监测系统（如图5所示），由一个上位机（PC机）和多个下位机构成。上位机用来接收各下位机的数据，并将其进行处理、显示（如变化曲线或数据表格）、打印等，同时，向各下位机控制命令，以实现集中管理和最优控制。下位机的任务就是采集各点数据并对各点进行控制。上位机与多个下位机连接的通信接口电路如图6所示。图7就是通信服务程序界面，利用MSCOMM控件实现上位机与下位机之间的数据传输，界面上显示了下位机各监测位置传输给上位机的数据信号。界面上的系统标定主要用来设置下位机监测系统的原始参数，包括机头参数和机尾参数设置，由上位机将数据传递给下位机。机头参数设置包括机头滚筒直径和转向滚筒直径，用来计算机头滚筒速度和胶带速度；机尾参数设置包括机尾滚筒直径和纵向撕裂积分阈值，分别用来计算机尾滚筒速度和进行胶带纵向撕裂积分的比较。

3结语

本文在深入研究胶带输送机故障的监测与诊断方法的基础上，开发了一套综合胶带输送机实时监测平台。对各监测站点的信息进行统一管理，便于胶带机整体状况的监测和管理。实现了各监测站点之间的通信，各传感器之间的融合应用。既可以上下位机之间形成一统一整体，在环境不许可的情况下，还可以单独将下位机构成一整体，进行胶带机的离线监测。

作者:谢厚正 李飞 胡修慧 亓宏文 臧晓云 单位:泰安市工业经济发展服务中心 泰山智能制造产业研究院