王向阳

(潞安集团 潞安新疆煤化工集团有限公司，新疆 哈密 839000)

在煤矿井下经常有大块炭块、矸石从工作面运出，在胶带输送机转载处或溜煤眼发生堆煤和棚口故障，轻则导致短时的停机，严重时，需要多人清理堆煤和处理棚口故障，费事费力，影响矿井正常生产。特别是发生在下运胶带时，一旦胶带输送机停止运行，大块物会由于惯性继续向下滚动，给矿井安全带来巨大隐患。为杜绝这类事故发生，及时检测输送机上的大块物并清理出去就显得很有必要。传统方式都是依靠加强司机和检修工的责任心，当发现胶带上有大型异物时，及时进行停机处理。如果司机或检修工没有及时发现，就可能会造成事故。因此，完全依靠人工不太可靠，一方面增加了工人的工作负担，另一方面不可避免地总有零星事故发生。

鉴于此，设计一种煤矿井下胶带输送机大块物自动检测预警装置势在必行。

1.1 设计目标

为了解决传统技术中完全依赖人工检查的不足，我们设计一种能够自动检测大块物的装置，当检测到有大块物的时候，系统会自动发出警报提醒胶带输送机司机注意。

1.2 设计方案

胶带输送机大块物自动检测预警装置结构示意图如图1(a)所示，其实现大块物自动检测方案共分为三步：

第一步，异物高度检测。通过在胶带输送机机架上装设1个龙门架，固定在胶带输送机某一胶带机架上端，龙门架上包括与胶带机架两侧固定的支撑板及连接两侧支撑板的转动轴；
转动轴一端设置一旋钮电位器，旋钮电位器的本体固定于龙门架的支撑板上，旋转部分固定于转动轴上并可以随轴转动；
旋钮电位器均连接至PLC-300逻辑控制器，根据电位器旋转角度进行数据传输；
PLC-300逻辑控制器通过接收到的数据计算胶带上传送的异物高度，高度超出规格后控制连接的警报器发出警报信号。

第二步，异物宽度检测：转动轴上排列布置5块独立铁板，每一铁板独立地相对转动轴转动，同时对应每一铁板，在转动轴上设置相应数量的逆止齿，以使铁板主动转动时转动轴从动转动，而转动轴主动转动时铁板不转动，如图1(b)所示。每一铁板上设置一接近开关的第一感应端，所转动轴正下方设置固定轴，在固定轴对应位置设置正对第一感应端的第二感应端；
每一铁板上设置的接近开关均连接至PLC-300逻辑控制器，根据铁板上接近开关动作的数量数据，PLC-300逻辑控制器通过接收到的数据计算胶带上输送的异物宽度，宽度超出规格后控制连接的警报器发出警报信号。

第三步，异物长度检测；
测试铁板侧边设置一接近开关的第一感应端，龙门架上正对第一感应端的位置固定设置第二感应端,其动作如图1(d)所示。设置的接近开关连接至PLC-300逻辑控制器，PLC-300逻辑控制器根据接近开关动作时间及胶带速度计算胶带上输送的异物长度，长度超出规格后控制连接的警报器发出警报信号。

同时为了确保检测异物的可靠性，在龙门架的胶带小架沿胶带运输方向前端设置一摄像头，镜头朝向胶带方向进行拍摄。当有大块物出来时，发出报警同时拍摄照片传输给胶带司机进一步确认大块异物。

PLC-300逻辑控制器根据检测到大块物的不同尺寸，发出不同的声光报警信号，提醒司机注意。与此同时，追踪摄像头将拍摄到的画面传送至工作人员，提醒工作人员注意。系统检测到大型异物后，PLC控制器可根据胶带实时运行速度连续不断地向工作人员提示大块异物到达胶带输送机头的距离，工作人员可根据实际情况进行处理。

图1 胶带输送机大块物自动检测预警装置结构及控制原理示意

通过螺栓连接的方式，将龙门架1的支撑板11和胶带输送机的机架固定连接，架设在胶带输送机机架上端。将两个支撑板11通过螺栓垂直固定在胶带输送机机架上，两个支撑板11顶端通过一转动轴12连接，转动轴12可相对支撑板11转动，同时，转动轴12轴上有5处逆止齿，轴上有5块独立的铁板2，逆止齿的作用是当转动轴12转动时铁板2不转动，铁板2转动时带动轴12转动。

龙门架1的左侧设置一旋钮电位器4，旋钮电位器4的旋转部分设置于转动轴12上并随转动轴12转动，当转动轴转动时，电位器电阻发生大小变化，电阻信号向PLC-300逻辑控制器发送信号，PLC-300逻辑控制器通过计算可转换为铁板2离开胶带的高度，通过三角换算，可计算得到大块物的高度。

如图1(c)所示，5块铁板上还安装有5个接近开关8，接近开关8另一半安装在龙门架的转动轴12下面设置的一固定轴13上，以此用来检测大块物的宽度。当胶带上传输物料中存在大块物时，输送至铁板位置时，会带动铁板2向输送方向转动，此时发生转动的铁板2上设置的接近开关3的第一感应端31和设置于固定轴13上的第二感应端32的相对位置发生变化，对应的接近开关3向PLC-300逻辑控制器5发送信号。PLC-300逻辑控制器5通过识别接近开关3发送的信号，确定转动的铁板2的数量，从而可确定发生转动的铁板2的数量，进一步通过统计转动的铁板2的数量即可大体确定大块物的宽度。如图1(c)所示，左侧显示为正常情况的状态，右侧显示为被异物碰撞后。编号为①②③的接近开关被异物碰撞，PLC-300逻辑控制器通过运算，可以计算出异物的宽度。

转动轴12最右端边缘设置一接近开关3的第一感应端31，在第一感应端31正对的右侧支撑板11上设置第二感应端，接近开关3也连接到PLC-300逻辑控制器5，当有大块物出来时，无论哪一块独立铁板动作，转动轴12转动，接近开关向其发送信号，PLC-300逻辑控制器5利用接近开关3断开-闭合时间，结合胶带运行速度，计算出大块物的长度。

至此，大块物的长、宽、高就能通过系列数据传给PLC-300逻辑控制器5计算得出，同时通过PLC-300逻辑控制器5，比较实时运行于胶带上的大块物的尺寸与预设最大物块尺寸，若实时运行于胶带上的大块物的的长宽高中至少一项超出设定的阈值时，PLC-300逻辑控制器5控制的J1继电器动作，接通警报器工作电源使其发出警报信号，提醒工作人员及时进行清理。同时，PLC-300逻辑控制器5控制的J2继电器动作，接通追踪摄像头6工作电源，在控制警报器进行警报的同时，使追踪摄像头6对大块物进行拍摄，让司机对大型异物进行进一步确认。其中追踪摄像头采用山西科达自控生产的KBA12-C矿用本质安全型除尘摄像仪。SM321为数字量输入模块，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5为测试铁板上接近开关，SQ6为转动轴12右端边缘上的接近开关，SM322为数字量输出开关，J1为控制报警装置，J2为控制摄像头，SM331为模拟量输入模块，电位器4的信号输入。控制原理如图2所示。

图2 PLC控制原理图

PLC-300逻辑控制器5还可根据铁板距离追踪摄像头6的距离和胶带运行的速度，确定追踪摄像头6进行拍摄的时间。追踪摄像头6将拍摄结果同时传输至工作人员确认，排除其他如煤堆积等造成的假象。如果确实存在大型异物，可根据胶带速度向工作人员连续不断地提示大块异物到达胶带输送机头的距离，以使工作人员根据实际情况进行处理。

为了更准确地检测大块物的形状，同时也为避免检测大块物铁板遭受大块物的冲击而损坏，在每块铁板上安装配重，可以使铁板轻松自由转动，避免因铁板自重在发生冲击时损坏。

煤矿井下胶带输送机大块物自动检测预警装置，通过接近开关、旋转按钮和可编程控制器PLC，通过逻辑运算，计算出大块物的体积，再根据胶带运行速度计算到达各胶带输送机头的时间，提醒操作人员注意，为了避免错误，利用摄像头进一步确认，降低了装置的错误率，提高了装置的可靠性。

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