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露天煤矿用皮带运输机的智能控制监控系统的研究

皮带运输机是一种输送粒状、块状和散装等物料和成件货物的

有牵引件的连续设备，它主要应用于工业生产和加工中。特别是在

露天矿山开采的矿石运输中起着十分重要的作用。皮带运输机在生

产过程中可能会由于经常会出现联轴器断开、划伤、过载、打滑、

断带等现象，会产生严重的后果，甚至可能发生生产事故。所以，

有必要研究一种多功能实时在线的皮带运输机故障检测系统，在皮

带运输机运行工作过程中对其实时监控检测，同时还可以进行自动

检测以及对声、光预普和报告。可以确保在皮带运输机出现故障时，

尽可能的减少皮带运输机故障时带来的各方面的损失和事故，提高

皮带运输机的生产效率以及对皮带运输机的管理水平和装备水平，

这对未来皮带运输机的发展提供了适用价值，具有重大意义。

一、检测方法和控制方案的确定

由于在矿石的输送中，会产生联轴器断开、断带、过负荷、皮

带打滑等故障，采用转矩传感器进行检测。而针对皮带的纵向撕裂

选取纵撕开关，针对皮带跑偏，选取跑偏开关。现场采用声光报警，

并且选用plc作下位机的控制系统以及计算机作上位机。plc接受

电机转矩传递的测量信号，然后进行信号处理，信号经过处理再与

设定值进行比较，最后再送到上位机，由上位机进行图形和数据的

显示。输出的结果再传送回plc，进行信号变换，最后再传送给执

行机构，控制执行机构的运动。纵撕开关与跑偏开关输出的是数字

信号，执行相同的过程。当电机输出功率降为正常工作时输出功率

的45%时，将功率信号放大并整形，然后将其送至控制单元。当出

现故障的时候，预警电路立即动作，预警铃声响并发出预警灯亮，

以提醒现场工作人员采取相应的有效措施，使系统可以尽快地恢复

到正常工作状态，有利于尽快恢复生产。如果所采取的措施没有产

生作用，电机输出的转矩会持续降低，当电机输出功率降为正常工

作时输出功率的35%时，报警电路会被触发进入到工作状态中，预

警铃声响并发出预警灯亮，这是，系统控制皮带运输机停止工作，

并同时控制触点切断电振给矿机电源，停止给矿。当电机输出功率

超出正常工作时输出功率的135%时，信号送到控制单元，这时预警

电路动作，预警铃声响并发出预警灯亮。当电机输出功率超出正常

工作时输出功率的150%时，将触发报警电路，切断电机电源，停止

给矿。

二、控制系统的硬件设计

皮带运输机检测系统要求对联轴器断开、纵撕、跑偏、皮带的

打滑、断带、过载、进行实时监控和检测，同时控制电机的启停和

现场报警。可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的

数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在

其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操

作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型

的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备都应按照易

于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。

可编程控制器为了适应工作需要及工业环境，与一般的控制装置相

比，具有显著的特点：（1）抗干扰能力强，可靠性高；（2）通用性

好，编程方便；（3）配置灵活，扩充方便；（4）功耗低、重量轻、

体积小、操作维护方便。根据控制需求，本系统选用西门子s7-200

系列plc作为中央处理器。在皮带运输机的控制与监控系统中，电

动机的启停是由数字量所控制，电机的转速和力矩是由转矩转速传

感器测量而得到，plc控制系统得到测得的信号然后进行处理，计

算出实际值，并将实际值与设定值进行比较，根据实际工作情况，

plc的输数字模块会输出数字量信号，来控制电动机的启动停止，

预报警电路运行也是受plc发出的数字信号控制。在整个控制过程

中，主要包括8个数字量，分别是电机启停控制信号，自动手动控

制切换信号，紧急停止和故障信号指示灯等，除此之外还包括一组

模拟量输入信号，将此信号送入plc的模拟量输入模块，再经过plc

内部的特殊处理，最后可以计算出皮带运输机转矩的大小。所以根

据系统的要求，选用em231模块，它有4路模拟量输入接口，即可

满足系统的需求。plc内部经过pid运算以后，通过数字量输出模

块，输出开关量信号，去控制电机的启停。

三、控制系统软件的设计