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摘要：带式输送机纵向撕裂是带式输送机三大灾害之一，直接危害着安全生产。本文设计开发了一套基于红外光脉冲调制技术的监测系统，并详细介绍了系统结构和原理。经现场试验，运行良好，未出现误动作。
关键词：带式输送机；纵向撕裂；监测
一、引言
在煤矿企业，带式输送机作为煤炭输送的重要手段，具有连续输送能力强、运行效率高、易于实现自动控制等诸多优点。但在其运行过程中，几乎所有用户都存在有不同程度的纵向撕裂问题，成为带式输送机三大灾害之一(纵向撕裂、横向撕断、火灾)。在煤矿井下，一旦出现皮带机纵向撕裂现象，直接和间接的损失十分巨大，是安全生产的巨大隐患[1]。本文将带式输送机的运行理论、防止输送带纵向撕裂的应用技术和数据处理技术有机结合，设计出一种新型的基于红外传感器的带式输送机纵向撕裂监测系统，能改善现有系统可靠性不高、抗干扰能力差、常因误动作停车而影响正常生产的不良状况。
二、传感器选型与设计
由于输送带的应用场所环境复，生产中不仅伴有大量灰尘、油污及其它不同光谱的光线，而且有很强的电磁干扰信号。因此，用于井下监测任务的传感器比普通应用环境下的监测传感器在可靠性性能上就有更高的要求，不仅要具备灵敏度高、抗电磁干扰性能好的特性，还得具备光线穿透能力强，抗环境光干扰能力强的优越品质，才能适应井下环境，保障安全生产[2,3]。
（一）传感器选型
对各种光学传感器原理、特性及应用的分析可知：光电二极管光照特性的线性度好，响应频率快，在监测频率较高的被测信号和模拟量信号中具有明显的优势[4]；狭角型对射式光电传感器抗邻组干扰能力强，监测距离远，可监测不透明物体；红外线具有灵敏度高、稳定性强和抗干扰强的特点。综合三者特性，本文的监测传感器是以光电二极管作为光敏元件的、放大器内置的狭角型对射式。
（二）传感器可靠性设计
对射式红外线光电传感器因监测距离大、监测精度高而广泛应用于工业自动化领域。但是一般的红外线光电传感器在较强光电干扰场合下运行状态不佳，如果应用到井下势必会给井下生产带来安全隐患。为了从根本上提高传感器的可靠性，本文在普通对射式红外光电传感器的基础上，采用了红外光脉冲调制技术，发射端发射红外线高频调制波，接收回路中采用带通滤波器，有效地防止了其它频率的红外光线进入受光器引起的误动作，还能够大大提高红外线的穿透能力，有效防止由于传感器应用环境灰尘较大或传感器镜头上沾有少量油污、煤粉等原因影响了红外线的传输和接收而造成误动作情况的发生。
（三）传感器监测方案
造成强力皮带机纵向撕裂的主要原因是煤仓落料口落下的煤中夹带的矸石、角钢、槽钢、钢钎等异物卡在输送带与煤仓中间而造成的输送带与异物之间压力增大，使其对输送带的划伤迅速加深，最终扎穿胶带形成撕裂。所以, 煤仓落料口处最易发生输送带纵向撕裂, 本文的纵向撕裂保护装置就装在此处,由两组共6支传感器组成,分前后两个仓。
在传感器的布置过程中，考虑到相同型号的传感器之间间隔距离太小，容易相互干扰，因而在布置过程中除了将相邻传感器隔开一定间距外，还采取将传感器交叉布置的措施(发射端和接收端相邻布置)，杜绝了相互干扰问题的发生。另外，考虑到井下灰尘大，且固定传感器大架的型号规格不尽相同，专门设计了传感器固定保护支架，既能防尘，又能满足不同型号支架的用户使用，安装起来也极为方便。
三、纵向撕裂监测系统硬件总体设计
根据系统设计任务及技术参数要求，设计的监测系统总体结构如圖2所示。
该系统由核心控制器PLC、语音报警装置、外围控制系统组成。整个系统采用本质安全型电源供电，虚框中设备是该控制系统的核心部分。
（一） PLC选型
该系统是单机控制系统，有6个数字量输入点，3个数字量输出点，逻辑关系较为清楚，选用台达DVP-14SS11R PLC作为系统核心控制器。
（二）语音报警系统
系统采用了KXT27型矿用语音灯光告警装置，该装置可针对设备运行情况，采用声光信号告知现场人员及时处理故障，避免重大事故的发生。
（三）系统工作原理
装置使用可编程控制器(PLC)控制，如下图，传感器K1、K2、K3是第一组,K4、K5、K6是第二组。指示灯D1~D6分别对应传感器组K1~K6。声光报警器M1对应第一组，M2对应第二组。J是带式输送机停机继电器。
纵向撕裂保护装置工作原理如下：
正常情况下, 继电器J常闭触点闭合, 输送机可以正常起动和停止。当发生撕裂时,两组共 六支传感器中有四支以上有输出信号, 对应的指示灯亮 ,并持续一段时间, 证明确实发生撕裂, 声光报警器M1、M2同时报警,继电器J常闭触点打开,带式输送机立即停机。如果,每组传感器中有一支有信号输出,可能是传感器有故障或者输送机输送过程中有少量煤从皮带机上溢出造成的误动作, 输送机并没有撕裂,这时只有信号灯输出，报警器提醒维修人员检查传感器。安装两组传感器的是防止有一组传感器有故障造成的误动作,声光报警器报警,但不停输送机。
四、 PLC控制系统软件设计
根据系统所选的PLC硬件配置，PLC程序设计采用台达公司提供的专用编程软件WPLsoft，利用该编程软件可以实现创建用户程序、修改和编辑原有的用户程序、设置PLC的工作方式和参数、上传和下载用户程序、进行程序的运行监控等工作。按照工艺要求，本文为系统编制了PLC应用程序。该程序由一个主程序和一个子程序组成：主程序实现数据的采集、分析、数据输出、控制输出等功能，子程序则主要是将采集回来的传感器数据进行判断，完成对输送带撕裂故障及传感器故障的诊断。
五、 输送带纵向撕裂监测系统测试
整套控制系统在实验室条件下进行了一段时间的实验考核，用一台电机拖动两条长50m、宽0.5m的废输送带并列以一定速度运行，在两条输送带的缝隙中撒落散料，模拟输送带撕裂过程。在两个月的考核运行中，传感器工作正常，控制系统运行稳定，能够准确判断输送带纵向撕裂故障，并及时报警停车。
完成实验室考核后，该系统于2010年11月在焦西2102号胶带输送机上正式投入使用。该输送带全长270m，宽度为1.4m，输送带运行速度为3.5m/s。传感器安装在该输送带的落煤漏斗旁。监测系统在井下一直运行稳定，未发生任何故障，充分说明本系统可靠性高，能够适应井下恶劣环境，是输送带纵向撕裂监测的一种有效手段。
参考文献：
[1] 郝文清.浅析煤矿井下胶带输送机胶带纵向撕裂原因及预防措施.煤【J】,2010,19(7):61-62.
[2] 鲁宁.带式输送机超前防纵撕保护传感器装置的设计[J].煤矿机械，2009,30(6):122-124.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：带式输送机；纵向撕裂；监测
一、引言
在煤矿企业，带式输送机作为煤炭输送的重要手段，具有连续输送能力强、运行效率高、易于实现自动控制等诸多优点。但在其运行过程中，几乎所有用户都存在有不同程度的纵向撕裂问题，成为带式输送机三大灾害之一(纵向撕裂、横向撕断、火灾)。在煤矿井下，一旦出现皮带机纵向撕裂现象，直接和间接的损失十分巨大，是安全生产的巨大隐患[1]。本文将带式输送机的运行理论、防止输送带纵向撕裂的应用技术和数据处理技术有机结合，设计出一种新型的基于红外传感器的带式输送机纵向撕裂监测系统，能改善现有系统可靠性不高、抗干扰能力差、常因误动作停车而影响正常生产的不良状况。
二、传感器选型与设计
由于输送带的应用场所环境复，生产中不仅伴有大量灰尘、油污及其它不同光谱的光线，而且有很强的电磁干扰信号。因此，用于井下监测任务的传感器比普通应用环境下的监测传感器在可靠性性能上就有更高的要求，不仅要具备灵敏度高、抗电磁干扰性能好的特性，还得具备光线穿透能力强，抗环境光干扰能力强的优越品质，才能适应井下环境，保障安全生产[2,3]。
（一）传感器选型
对各种光学传感器原理、特性及应用的分析可知：光电二极管光照特性的线性度好，响应频率快，在监测频率较高的被测信号和模拟量信号中具有明显的优势[4]；狭角型对射式光电传感器抗邻组干扰能力强，监测距离远，可监测不透明物体；红外线具有灵敏度高、稳定性强和抗干扰强的特点。综合三者特性，本文的监测传感器是以光电二极管作为光敏元件的、放大器内置的狭角型对射式。
（二）传感器可靠性设计
对射式红外线光电传感器因监测距离大、监测精度高而广泛应用于工业自动化领域。但是一般的红外线光电传感器在较强光电干扰场合下运行状态不佳，如果应用到井下势必会给井下生产带来安全隐患。为了从根本上提高传感器的可靠性，本文在普通对射式红外光电传感器的基础上，采用了红外光脉冲调制技术，发射端发射红外线高频调制波，接收回路中采用带通滤波器，有效地防止了其它频率的红外光线进入受光器引起的误动作，还能够大大提高红外线的穿透能力，有效防止由于传感器应用环境灰尘较大或传感器镜头上沾有少量油污、煤粉等原因影响了红外线的传输和接收而造成误动作情况的发生。
（三）传感器监测方案
造成强力皮带机纵向撕裂的主要原因是煤仓落料口落下的煤中夹带的矸石、角钢、槽钢、钢钎等异物卡在输送带与煤仓中间而造成的输送带与异物之间压力增大，使其对输送带的划伤迅速加深，最终扎穿胶带形成撕裂。所以, 煤仓落料口处最易发生输送带纵向撕裂, 本文的纵向撕裂保护装置就装在此处,由两组共6支传感器组成,分前后两个仓。
在传感器的布置过程中，考虑到相同型号的传感器之间间隔距离太小，容易相互干扰，因而在布置过程中除了将相邻传感器隔开一定间距外，还采取将传感器交叉布置的措施(发射端和接收端相邻布置)，杜绝了相互干扰问题的发生。另外，考虑到井下灰尘大，且固定传感器大架的型号规格不尽相同，专门设计了传感器固定保护支架，既能防尘，又能满足不同型号支架的用户使用，安装起来也极为方便。
三、纵向撕裂监测系统硬件总体设计
根据系统设计任务及技术参数要求，设计的监测系统总体结构如圖2所示。
该系统由核心控制器PLC、语音报警装置、外围控制系统组成。整个系统采用本质安全型电源供电，虚框中设备是该控制系统的核心部分。
（一） PLC选型
该系统是单机控制系统，有6个数字量输入点，3个数字量输出点，逻辑关系较为清楚，选用台达DVP-14SS11R PLC作为系统核心控制器。
（二）语音报警系统
系统采用了KXT27型矿用语音灯光告警装置，该装置可针对设备运行情况，采用声光信号告知现场人员及时处理故障，避免重大事故的发生。
（三）系统工作原理
装置使用可编程控制器(PLC)控制，如下图，传感器K1、K2、K3是第一组,K4、K5、K6是第二组。指示灯D1~D6分别对应传感器组K1~K6。声光报警器M1对应第一组，M2对应第二组。J是带式输送机停机继电器。
纵向撕裂保护装置工作原理如下：
正常情况下, 继电器J常闭触点闭合, 输送机可以正常起动和停止。当发生撕裂时,两组共 六支传感器中有四支以上有输出信号, 对应的指示灯亮 ,并持续一段时间, 证明确实发生撕裂, 声光报警器M1、M2同时报警,继电器J常闭触点打开,带式输送机立即停机。如果,每组传感器中有一支有信号输出,可能是传感器有故障或者输送机输送过程中有少量煤从皮带机上溢出造成的误动作, 输送机并没有撕裂,这时只有信号灯输出，报警器提醒维修人员检查传感器。安装两组传感器的是防止有一组传感器有故障造成的误动作,声光报警器报警,但不停输送机。
四、 PLC控制系统软件设计
根据系统所选的PLC硬件配置，PLC程序设计采用台达公司提供的专用编程软件WPLsoft，利用该编程软件可以实现创建用户程序、修改和编辑原有的用户程序、设置PLC的工作方式和参数、上传和下载用户程序、进行程序的运行监控等工作。按照工艺要求，本文为系统编制了PLC应用程序。该程序由一个主程序和一个子程序组成：主程序实现数据的采集、分析、数据输出、控制输出等功能，子程序则主要是将采集回来的传感器数据进行判断，完成对输送带撕裂故障及传感器故障的诊断。
五、 输送带纵向撕裂监测系统测试
整套控制系统在实验室条件下进行了一段时间的实验考核，用一台电机拖动两条长50m、宽0.5m的废输送带并列以一定速度运行，在两条输送带的缝隙中撒落散料，模拟输送带撕裂过程。在两个月的考核运行中，传感器工作正常，控制系统运行稳定，能够准确判断输送带纵向撕裂故障，并及时报警停车。
完成实验室考核后，该系统于2010年11月在焦西2102号胶带输送机上正式投入使用。该输送带全长270m，宽度为1.4m，输送带运行速度为3.5m/s。传感器安装在该输送带的落煤漏斗旁。监测系统在井下一直运行稳定，未发生任何故障，充分说明本系统可靠性高，能够适应井下恶劣环境，是输送带纵向撕裂监测的一种有效手段。
参考文献：
[1] 郝文清.浅析煤矿井下胶带输送机胶带纵向撕裂原因及预防措施.煤【J】,2010,19(7):61-62.
[2] 鲁宁.带式输送机超前防纵撕保护传感器装置的设计[J].煤矿机械，2009,30(6):122-124.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。