CN107187825B - 一种基于以太网的带式输送机监控系统 - Google Patents

一种基于以太网的带式输送机监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于以太网的带式输送机监控系统其特征在于包括监控主机、监控终端、光纤通信环网、系列传感器、开关量控制装置、电机变频控制装置、视频监控探头、网络电话终端。所述监控主机是带式输送机监控系统监测和控制中心；所述监控终端完成带式输送机状态信息和现场环境信息的采集；所述光纤通信环网是双环网；所述系列传感器布置在输送带沿线，用于检测输送带的环境信息，实时监控输送带的工作状态；所述开关量控制装置实现带式输送机故障或发现运行状态问题时，发出报警，控制相应设备动作或者停机。所述电机变频控制装置、视频监控探头、网络电话终端分别实现对应功能。本发明为带式输送机的监控提供了一种全面监控的方法。

Description

一种基于以太网的带式输送机监控系统
技术领域
本发明属于矿用设备故障监测和控制技术领域，尤其是涉及一种基于以太网的带式输送机监控系统。
背景技术
带式输送机又称为胶带运输机或皮带输送机，是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械，主要由机架、输送带、托辊、滚筒、张紧装置、传动装置等组成。目前，带式输送机是煤矿井下和地面生产系统中应用最多的一种连续运输设备，具有运输能力强、工作阻力小，耗电量小、运输距离长、使用寿命长噪声低、安全可靠等优点。随着我国高产高效矿井的出现，必须向大型化方向发展，即多级运行、长距离、高带速、大运量、智能化、大功率。
矿用带式输送机的安全、稳定运行对煤矿生产至关重要。带式输送机运行过程中由于负载不均匀、废钢铁或矸石等异物或障碍物刺伤输送带、长期在恶劣环境下使用，再加上使用不当或不及时检修和维护，很容易出现故障，不仅会毁坏设备，有时还会出现人身事故。
目前的带式输送机监控系统存在两方面问题。一方面在功能上，检测功能不全，现有监控系统不能实时监测振动，电机电流，并且检测数据可靠性差，检测设备容易故障；控制功能只能实现电机的启停或者软启动控制，不能实现依据煤流量进行变频调速；缺少视频监控探头，无法对带式输送机的关键部位进行视频图像监控；各个电话终端之间使用总线或音频线相连，语音数据采用模拟信号传输，需要为电话单独布线，只能实现简单的定点通信，且语音通话为半双工通信，无法实现扩音广播和语音报警功能。另一方面在结构上，目前的带式输送机监控系统一般都采用总线形式的通信方式，监控分站通过总线串接起来，使得数据传输缓慢，准确性、可靠性差，而且监控系统中监控分站的数量也有一定限制，系统的功能扩展性差。
因此，需设计一种结构简单、数据传输速率快、可靠性高、自动化程度比较高的带式输送机监控系统，能在线对带式输送机的运行情况和环境信息进行全方位的监测，并能及时准确的分析出故障的类型、原因和位置，从而实现故障预警及对相应设备的自动化控制，同时可以延长带式输送机使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种带式输送机监控系统，其结构简单、设计合理、安装布设简便且投入成本较低、使用操作简便、效果好，能在线完成对带式输送机运行状态信息和现场环境信息的采集，以较快的速率上传监测数据，并接收控制指令，控制相应设备动作，并可以接入网络电话终端和视频监控探头等网络设备，实现全面的监控和信息的共享。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于以太网的带式输送机监控系统，其特征在于：包括监控主机、光纤通信环网、核心交换机、系列传感器、监控终端、开关量控制设备、电机变频控制装置、视频监控探头、网络电话终端。
所述的监控主机是带式输送机监控系统监测和控制中心，能够实现带式输送机故障监测、分析和处理，具有参数设定、操作权限确认、控制指令下发、状态监测、视频监控、故障报警、历史记录存储归档、查看历史记录等功能；所述的监控终端完成带式输送机运行状态信息和现场环境信息的采集，通过以太网上传监测数据，并接收控制指令，控制相应设备动作，并提供以太网接口，接入网络电话终端和视频监控探头等网络设备，实现全面的监控和信息的共享。所述的监控主机通过以太网接口与所述光纤环网中的核心交换机相接。
所述的光纤通信环网，是通过所述的监控终端及核心交换机之间通过10/100/1000Mbps自适应以太网接口用光纤连接构成的双环通信网。
所述的系列传感器包括分布在输送带沿线的硫化氢传感器、甲烷传感器、氧气传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、温度传感器以及对被监测带式输送机的带速进行实时检测的速度传感器、对驱动滚筒的滚筒轴承表面温度进行实时检测的红外温度传感器、对电机电流进行实时检测的电流传感器、对电机运行温度进行实时检测的温度传感器、安装在被监测带式输送机机头的烟雾传感器、安装在带式输送机机头和机尾位置的跑偏传感器、对电机和减速机等关键设备进行振动检测的振动传感器、实时检测输送带张力的张力传感器、堆煤传感器、用于紧急停机的急停开关。所述的这些传感器均通过IO接口电路与监控终端进行连接。
所述的监控终端主要是利用所述的系列传感器检测带式输送机运行状态信息和现场环境信息，对信息进行汇总、处理，通过所述光纤通信环网传输给所述的监控主机；接收所述的监控主机命令或根据检测带式输送机运行状态信息，实现对所述开关量控制设备和电机变频控制装置的实时控制；为所述的网络电话、视频监控探头等网络设备提供10/100/1000Mbps自适应以太网接口；所述监控终端具有以太网数据交换功能，将网络电话数据传输给其他网络电话，视频监控探头视频图像传输给监控主机。
所述的开关量控制设备包括自动纠偏装置、喷雾喷淋装置、振打器、报警器、制动器、张紧装置；所述这些设备通过IO口与所述监控终端连接。实现当带式输送机故障或发现运行状态问题时，发出报警，控制相应设备动作，或者停机。
所述的基于以太网的带式输送机监控系统通过开关量控制设备实现的控制动作包括：输送带跑偏时，可根据跑偏程度控制自动纠偏装置纠偏或停机；在输送带发生纵向撕裂时，控制停机；落料点堵料时，发出报警，控制振打器和喷雾喷淋装置工作，或者停机；电机过流超限时，控制停机；输送机现场和输料栈桥等场所的粉尘烟雾超标时，控制喷雾喷淋装置进行洒水；输送带和传动滚筒的严重超速时，控制停机；发生紧急情况时，控制停机；输送带张力超限时，发出报警，控制张紧装置自动调节输送带张力。
所述的电机变频控制装置包括PLC、变频器、驱动电机；所述变频控制装置为自动变频控制装置，通过煤流量自动调节电机启、停的加速度和运行速度。
所述的带式输送机视频监控探头安装在输送带、落料点及倒料戳、滚筒和液力耦合器等周边。每个位置至少安装一个，可以实现检测输送带、滚筒、液力耦合器(减速机)等故障，以及落料点堵料情况，及时处理，确保输送机的安全运行；所述的视频监控探头通过10/100/1000Mbps自适应以太网接口与监控终端进行连接。
所述的网络电话终端通过10/100/1000Mbps自适应以太网接口与监控终端进行连接；语音信息通过光纤通信环网实现与所述基于以太网的带式输送机监控系统中的网络电话终端实现扩音通话、扩音广播和扩音报警功能；所述的扩音通话功能是主叫用户通过拨号呼叫被叫用户，包括单呼、群呼、全呼三种呼叫方式，被叫用户接听后双方可进行全双工扩音通话；所述的扩音广播功能是指调度中心可以对输送带沿线电话终端进行扩音广播；所述的扩音报警功能为当带式输送机故障或紧急情况下，发出语音报警信息。
上述基于以太网的带式输送机监控系统，其特征是：所述的监控终端和系列传感器的数量与安装情况均根据所述被监测带式输送机的现场情况进行分布；所述的监控终端分别安装在被监测的带式输送机沿线；所述的监控终端通过光纤连接组成环网，通过核心交换机组成带式输送机监控系统。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.具有完整的监测保护功能，能够实现现场设备的在线运行状态监测，对带式输送机运行全程进行全方位的数字化监控。
2.采用PLC控制变频器实现电机根据煤流量进行变频调速，增加输送带寿命，节省能源。
3.主控制器采用的是先进的ARM控制器，运行Linux操作系统，功能强大，系统稳定性可靠性增强。方便配置编写，操作简单。
4.采用工业以太网的网络通讯方式，具有速度快，传输距离远，可靠性高的特点。
5.监控终端之间及监控终端与网络设备之间可以通过电缆和光纤两种通讯连接方式，有效保证了数据传输的距离的可调性，更适应环境。
6.具有良好的人机交互界面，显示直观，操作简便，功能完善。
7.监控终端提供8路开关量输入、8路频率量输入、7路模拟量输入、8路开关量输出、11路10/100/1000M以太网自适应光电接口，且都留有一定余量，方便以后的功能扩展和改动。
8.监控系统主要由监控主机和监控终端组成，设备种类少，音频、视频、数据信息均通过光纤环网传输，线路简单，维护方便，运行费用低。
9.该监控平台具有电机变频控制装置、通过视频监控探头和系列传感器进行带式输送机运行和环境状态监测、网络电话终端；其中电机变频控制装置主要实现带式输送机根据煤流量实现软启动、平稳停车和运行过程中的自动变频调速；带式输送机的运行和环境状态监测实现对带式输送机常见故障的动态实时监测，及时发现故障并报警；
综上，本发明实现了带式输送机的在线运行监测和保护，结构简单、布线简单、数据传输速率快、可靠性高、设计合理且安装布设简单，投入成本较低，能够实现全方位的自动化监控。
附图说明
图1基于以太网的带式输送机监控系统结构示意图
图2系列传感器示意图
图3开关量控制设备示意图
图4电机变频控制装置示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1中，1、监控主机；2、核心交换机；3、光纤通信环网；4、监控终端；5、网络电话终端；6、视频监控探头；7、系列传感器；8、开关量控制设备；9、电机变频控制装置。
图2中，7-1、电流传感器；7-2、氧气传感器；7-3、甲烷传感器；7-4、硫化氢传感器；7-5、二氧化碳传感器；7-6、一氧化碳传感器；7-7、振动传感器；7-8、速度传感器；7-9、红外温度传感器；7-10、温度传感器；7-11、张力传感器；7-12、跑偏传感器；7-13、撕裂传感器；7-14、堆煤传感器；7-15、烟雾传感器；7-16、急停开关。
根据附图，本发明所设计的基于以太网的带式输送机监控系统由：监控主机1；核心交换机2；光纤通信环网3；监控终端4；网络电话终端5；视频监控探头6；系列传感器7；开关量控制设备8；电机变频控制装置9构成。
所述监控主机1放置在带式输送机监控室，通过核心交换机2与光纤通信环网3相连。
所述核心交换机2放置在带式输送机监控室，用于连接监控主机1和光纤通信环网3。
所述光纤通信环网3是通过所述的监控终端4及核心交换机2之间通过10/100/1000Mbps自适应以太网接口用光纤连接构成的双环通信网。
所述监控终端4布置在带式输送机沿线，每隔100米布置一个。
所述网络电话终端5和视频监控探头6通过网线与监控终端4连接，每个监控终端连接一个网络电话终端和一个视频监控探头。
所述系列传感器7包括：电流传感器7-1、氧气传感器7-2、甲烷传感器7-3、硫化氢传感器7-4、二氧化碳传感器7-5、一氧化碳传感器7-6、振动传感器7-7、速度传感器7-8、红外温度传感器7-9、温度传感器7-10、张力传感器7-11、跑偏传感器7-12、撕裂传感器7-13、堆煤传感器7-14、烟雾传感器7-15、急停开关7-16，通过对应传感器接口与监控终端4相连，并布置在输送带沿线，用于检测对应的状态信息。
所述电流传感器7-1安装在电机位置，检测电机工作电流。
所述有毒有害气体检测传感器(氧气传感器7-2、甲烷传感器7-3、硫化氢传感器7-4、二氧化碳传感器7-5、一氧化碳传感器7-6)安装在输送带沿线。
所述振动传感器7-7安装在电机、减速机等关键部件位置，实时检测振动情况，发现异常报警。
所述速度传感器7-8安装在每条输送带的下皮带处，保证传感器传动轮与胶带紧密接触，用于检测带式输送机的实时速度。
所述红外温度传感器7-9分别安装在电机、滚筒等关键位置。
所述温度传感器7-10安装在输送带沿线，100米安装一个，实时监测环境温升情况。
所述张力传感器7-11安装在胶带机张紧绞车固定钢丝绳的一端。
所述跑偏传感器7-12安装在带式输送机头部、尾部或凸弧段两侧机架上成对安装于输送带两侧。
所述撕裂传感器7-13安装在受料点处输送带下方。
所述堆煤传感器7-14安装在下料口和转载处。
所述烟雾传感器7-15吊挂在主传动滚筒的上方，根据现场风向，以稍靠近下风口为宜。
所述急停开关7-16安装在输送带沿线，每一百米布置一个。
所述开关量控制设备8包括：自动纠偏装置8-1、振打器8-2、喷雾喷淋装置8-3、报警器8-4、张紧装置8-5、制动器8-6，与监控终端4相连，用于控制对应的设备。
所述电机变频控制装置9包括：PLC9-1、变频器9-2、电机9-3。其中PLC9-1通过网线与监控终端4相连，通过变频器9-2对电机进行变频控制，布置在带式输送机的首尾。
本发明的工作过程主要分为三个阶段：
第一，前期缺陷检测：系统上电，系统自检各设备的状况，并设定传感器参数，如果有设备显示不在线或故障，则进行维修，直到系统不再报警，显示各设备正常时则进行启动预警，电机软启动，之后开始进入运行中安全保护和在线监控阶段。
第二，运行中安全保护与在线监测：对输送带进行实时的检测，包括温度、张力、跑偏、烟雾、速度、急停、堆煤、打滑、纵撕，通过显示器显示实时的温度值、张力值、速度值，并显示是否有故障发生，有故障时及时报警或停机，并显示故障类型、位置、级别。上位机可以及时查看故障位置处监控视频或图像信息。运行过程中系统会依据煤流量对电机进行变频调速控制。
第三，多级防护系统信息综合(显示、控制变频器)：对采集的传感器数据进行综合分析，多传感器数据综合起来进行故障诊断，防止误判。并根据传感器数据进行故障预测，显示界面实时更新各设备运行情况及预测结果。

Claims (6)

1.一种基于以太网的带式输送机监控系统，其特征在于：包括监控主机、核心交换机、光纤通信环网、监控终端、网络电话终端、视频监控探头、系列传感器、开关量控制设备、电机变频控制装置；所述监控主机放置在带式输送机监控室，通过核心交换机与光纤通信环网相连；所述核心交换机放置在带式输送机监控室，用于连接监控主机和核心环网；所述光纤通信环网是通过所述的监控终端及核心交换机之间通过10/100/1000Mbps自适应以太网接口用光纤连接构成的双环通信网；所述监控终端布置在带式输送机沿线，每隔100米布置一个；所述网络电话终端和视频监控探头通过网线与监控终端连接，每个监控终端至少连接一个网络电话终端和一个视频监控探头；
所述的系列传感器包括分布在输送带沿线的硫化氢传感器、甲烷浓度检测传感器、氧气传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、温度传感器以及对被监测带式输送机的带速进行实时检测的速度传感器、对驱动滚筒的滚筒轴承表面温度以及电机运行温度进行实时检测的红外温度传感器、对电机电流进行实时检测的电流传感器、安装在被监测带式输送机机头的粉尘烟雾浓度传感器、安装在带式输送机机头和机尾位置的跑偏传感器、对电机和减速机等关键设备进行振动检测的振动传感器、实时检测输送带张力的张力传感器、堆煤传感器、用于紧急停机的急停开关；所述系列传感器还包括：撕裂传感器；所述的系列传感器均通过IO接口电路与监控终端进行连接；
所述开关量控制设备包括：自动纠偏装置、振打器、喷雾喷淋、报警器、张紧装置、制动器，与监控终端相连，用于控制对应的设备；所述电机变频控制装置包括：PLC、变频器、电机；其中PLC通过网线与监控终端相连，通过变频器对电机进行变频控制，布置在带式输送机的首尾，所述PLC基于煤流量通过所述变频器自动调节所述电机的启、停加速度和运动速度；
所述电流传感器安装在电机位置，检测电机工作电流；所述的氧气传感器、甲烷传感器、硫化氢传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器安装在带式输送机沿线；所述振动传感器安装在电机和减速机这些关键部件位置，实时检测振动情况，发现异常报警；所述速度传感器安装在每条输送带的下皮带处，保证传感器传动轮与胶带紧密接触，用于检测带式输送机的实时速度；所述红外温度传感器分别安装在电机和滚筒这些关键位置；所述温度传感器安装在输送带沿线，100米安装一个，实时监测环境温升情况；所述张力传感器安装在皮带机张紧绞车固定钢丝绳的一端；所述跑偏传感器安装在带式输送机头部、尾部或凸弧段两侧机架，上成对安装于输送带两侧；所述撕裂传感器安装在受料点处输送带下方；所述堆煤传感器安装在下料口和转载处；所述粉尘烟雾浓度传感器吊挂在主传动滚筒的上方，根据现场风向，靠近下风口；所述急停开关安装在输送带沿线，每一百米布置一个；
通过开关量控制设备实现的控制动作包括：输送带跑偏时，根据跑偏程度控制自动纠偏装置纠偏或停机；在输送带发生纵向撕裂时，控制停机；落料点堵料时，发出报警，控制振打器和喷雾喷淋装置工作，或者停机；电机过流超限时，控制停机；输送机现场和输料栈桥等场所的粉尘烟雾超标时，控制喷雾喷淋装置进行洒水；输送带和传动滚筒的严重超速时，控制停机；发生紧急情况时，控制停机；输送带张力超限时，发出报警，控制张紧装置自动调节输送带张力；
所述的视频监控探头安装在输送带、落料点及倒料戳、滚筒和液力耦合器周边；每个位置至少安装一个；用于监测输送带、滚筒和液力耦合器故障，以及落料点堵料情况；
所述的网络电话终端模块化的通过以太网接入监控终端，从而实现与系统中其他网络电话终端及监控主机的语音通信，用于实现扩音通话、扩音广播和扩音报警功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于以太网的带式输送机监控系统，其特征在于，所述的监控主机是带式输送机监控系统监测和控制中心，能够实现带式输送机故障监测、分析和处理，具有参数设定、操作权限确认、控制指令下发、状态监测、视频监控、故障报警、历史记录存储归档以及查看历史记录的功能；所述的监控终端完成带式输送机运行状态信息和现场环境信息的采集，通过以太网上传监测数据，并接收控制指令，控制相应设备动作，并提供以太网接口，接入网络电话终端和视频监控探头网络设备，实现全面的监控和信息的共享。
3.根据权利要求1所述的一种基于以太网的带式输送机监控系统，其特征在于，所述的监控主机通过以太网接口与所述光纤通信环网中的核心交换机相接。
4.根据权利要求1所述的一种基于以太网的带式输送机监控系统，其特征在于，所述的监控终端是主要组成部分之一，实现利用系列传感器检测带式输送机运行状态信息和现场环境信息，通过光纤通信环网传输给监控主机；接收监控主机命令或根据检测带式输送机运行状态信息，控制开关量控制设备动作，或停机；提供网络电话终端和视频监控探头网络设备的10/100/1000Mbps自适应以太网接口，具有以太网数据交换功能，将网络电话数据传输给其他网络电话，视频监控探头视频图像传输给监控主机。
5.根据权利要求1所述的一种基于以太网的带式输送机监控系统，其特征在于：所述的监控终端和系列传感器的数量与安装情况均根据所述被监测带式输送机的现场情况进行分布；所述的监控终端根据现场情况，接入对应传感器和开关量控制设备，安装在被监测的带式输送机沿线。
6.根据权利要求1所述的一种基于以太网的带式输送机监控系统，其特征在于，所述的视频监控探头通过10/100/1000Mbps自适应以太网接口与监控终端进行连接带式输送机关键位置的情况。
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