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帶式輸送機安全監測系統的可行性分析研究

文檔作者：王哲文檔來源：晉能控股煤業集團挖金灣煤業有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年10月03日
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自動化系統設計
2023年第6期 Mechanical Managementand Development No.6, 2023
總第242期 機械管理開發 Tota2l 42
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2023.06.078
帶式輸送機安全監測系統的可行性分析研究
王哲
（晉能控股煤業集團挖金灣煤業有限公司， 山西大同037001)
摘要：為保證帶式輸送機安全可靠運行，設計研究了礦用帶式輸送機的安全監測系統功能架構，并構建了無線與
有線相結合以及具有移動巡檢、分布式監測分站的通信網絡和監測主站的主從式監測系統。通過系統軟硬件結合，
使系統能夠對帶式輸送機運行狀態進行實時監測，并重點對監測系統的主站監測管理程序進行實驗模擬測試，結
果表明，該礦用帶式輸送機安全監測系統能夠達到設計要求。
關鍵詞：礦用帶式輸送機；安全監測；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備"，
其中，撓性輸送帶是物料的主要輸送件和承載件，通
過驅動滾筒帶動輸送帶，并利用摩擦驅動作用對散裝
物料實現連續運輸[2],因此輸送機具有輸送能力大、
對物料適應性強、連續運輸、運行可靠、功耗小等優點3，
主要應用于煤礦的采掘、運輸和加工等過程中，能夠
適應各種復雜的工作環境，已經成為煤礦目前最為理
想的運輸設備[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
動裝置中輸送帶和傳動滾筒間的摩擦力驅動輸送帶
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，由于輸送機在設計上的不足會導致輸送機打滑、
跑偏、甚至爆炸等安全事故的發生，需要從本質上使
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，設計研究了礦用帶式輸送機
的安全監測系統功能架構,并構建了無線與有線相結
合以及具有移動巡檢、分布式監測分站的通信網絡和
監測主站的主從式監測系統，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 安全監測系統的分析設計
為快速完成對帶式輸送機驅動部分、輸送帶、托
輥與機架等故障的有效監測,對礦用帶式輸送安全監
測系統功能架構進行設計，圖1為輸送機安全監測系
統功能架構圖。
圖1中，輸送機安全監測系統組成部分有安全監
測管理主站、安全監測分站、通信網絡。通過兩種方式
來全面獲取輸送機的運行相關信息，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
物理量轉換為電量信號。所以，為實現信息的轉換，還
礦用帶式輸送機安全監測系統
通信安全監測分站安全監測管理主站
分布式監測分站移動巡檢分站
故障判斷報警數據曲線顯示數據存儲查詢
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
監測監測監測監測檢測檢測菜集
圖1 安全監測系統功能架構圖
建立了移動巡檢分站和分布式監測分站，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
以及監測掘進作業面中的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象
和位置信息進行獲取；而對于分布式監測分站主要對
輸送機沿線的傳感器信號進行收集，便于監測輸送機
常見的一些故障，如堆煤、打滑、跑偏等。最終經通信
系統，將分站采集到的信息傳輸給主站，并對數據進
行分析和處理，實現故障報警、數據顯示、存儲和查詢
等功能。
1.1 監測系統硬件設計
安全監測系統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
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為系統硬件結構圖。
下頁圖2中，安全監測系統組成部分有分布式監
測和移動巡檢分站、傳感器組、監測主站、通信設備
收稿日期：2022-04-29
作者簡介：王哲（1995一），男，山西大同人，本科，畢業于太原理工大學現代科技學院，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：帶式輸送機安全監測系統的可行性分析研究 ·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
監測分站監測分站監測分站
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 安全監測系統硬件結構圖
等，本文采用有線和無線相結合模式對主站和分站的
數據信息進行傳輸。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站，再通過CAN總線[8]
傳輸給主站完成故障分析。
1.2 監測系統軟件設計
鑒于上述對監測系統硬件的設計，需結合相應的
軟件，才能實現監測系統功能。本文將主要對主站監
測管理程序進行設計。
對于主站監測管理，其運算處理中心是采用工控
機，并結合LabVIEW[9-10]來處理和分析檢測信息，設
計出具有人機界面的安全監測管理系統。監測管理程
序主要有用戶登錄、數據讀取、存儲與查詢、參數設
置、安全監測及系統幫助等模塊，其中，對于用戶登錄
是限制和管理系統使用者；對于數據讀取和參數設置
是檢測管理系統功能實現的基礎，有輸送機故障報警
閥值、結構尺寸相關參數、串口通信參數等設置參數；
對于數據讀取是對來自串口傳輸的監測數據進行讀
取；對于安全監測是分析和判斷各種故障，并通過顯
示相關參數值與曲線來顯示故障情況；對于數據存儲
與查詢是存儲有關歷史數據和故障信息，同時提供查
詢功能；對于系統幫助，有系統的故障維修建議以及
使用說明，圖3為主站監測管理程序架構。
2 安全監測系統的可行性分析
為得到安全監測系統的可行性和可靠性，通過模
擬實驗進行測試，并對主站監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打滑兩種現
象，并對管理程序進行監測，驗證其是否能達到設計
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
參數設置數據讀取安全監測模塊狀態顯示數據存儲與查詢
輸送機參數
報警門限
審口數據讀取
數據包解析故障分析故障報警實時數據實時曲線
歷史監測參數
歷史故障
退出系統
圖3 主站監測管理程序架構
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
制的范圍內進行波動，且各項參數都顯示正常，沒有
報警。
實驗中，當出現張力不足，導致輸送帶打滑和
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，其余參數都顯示正
常。這就表明主站監測管理程序可對故障進行監測和
報警,并顯示對應的數據。
3結語
為保證帶式輸送機安全可靠運行，本文設計研究
礦用帶式輸送機的安全監測系統功能架構，并構建了
無線與有線相結合以及具有移動巡檢、分布式監測分
站的通信網絡和監測主站的主從式監測系統。最后，
通過系統軟硬件結合，使系統能夠對帶式輸送機運行
狀態進行實時監測，并重點對監測系統的主站監測管
理程序進行實驗模擬測試，結果表明，該礦用帶式輸
送機安全監測系統能夠達到設計要求。
參考文獻
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（下轉第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
jxglkfbjb@126.com
量控制下的轉矩脈動較明顯，脈動幅度較小，在大約
為0.15s的時間內轉矩達到最大值隨后降低到最小
并逐漸趨于穩定狀態，當受到外部干擾時，轉矩變化
非常明顯。由此可以看出，直驅系統在進行控制的過
程中會存在較大的速度脈動和轉矩脈動，為了保證運
行的平穩性，需要使用變頻器進行控制并優化控制算
法，實現平穩啟動和運行。
4 現場應用與效果分析
對本次提出的礦用帶式輸送機直驅系統，該系統
運用變頻器控制啟動，能實現系統傳動的緩慢勻速啟
動，避免了電機啟動的瞬間大電流給電網帶來的沖
擊，以及轉矩瞬時劇增給傳動系統帶來的機械沖擊，
由此降低了系統的電網故障和機械故障，同時由于比
原系統減少了液力偶合器及減速器，在維修費用上每
年至少可節約3萬元，從而降低了維護成本。采用永
磁直驅滾筒帶式輸送機可以有效節省減速器、制動器
和聯軸器等部件，大大降低設備的制造成本，同時也能
夠降低設備的故障率,基本上不需要進行維修。目前，
傳統的帶式輸送機都需要配備工人進行維護，使用永
磁直驅滾筒后每年可以節省至少190萬元的維修成
本，減少設備的維護量和耗材量，并且控制系統采用軟
啟動控制，保證啟動平穩高效，做到免維護。
5 結語
針對傳統的礦用帶式輸送機驅動系統采用電動
機、減速器和聯軸器等部件連接導致傳動系統復雜、
傳動效率低、機械效率低、耗能較高等問題，本文提出
了一種永磁直驅滾筒帶式輸送機，從而將電能直接轉
變為機械能，節省了電動機、聯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，使得整個系統的啟動過程更加快速，
帶式輸送機的運行更加平穩，沖擊更小。通過現場應
用驗證了方案的合理性，總的傳動效率達到了93%，
綜合節能效果提高了25%左右，降低了電能的損耗，
大大節省了企業的維修成本,取得良好的應用效果和
經濟效益。
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.煤礦安全監測與監控技術[M].徐州：中國礦業大學出版
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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