帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)設計

帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)設計任務書.課題意義及目標學生應通過本次畢業(yè)設計，綜合運用所學過的基礎理論知識，根據(jù)帶式輸送機的實際工況，對其某些部位進行實時監(jiān)測，并實時顯示，實現(xiàn)故障的提前預知，從而避免事故的發(fā)生，這為學生在畢業(yè)后從事帶式輸送機技術工作打好基礎。.主要任務(1)文獻查閱；(2)編寫畢業(yè)設計開題報告；(3)根據(jù)帶式輸送機現(xiàn)場工況，確定被監(jiān)測參數(shù)；(4)監(jiān)測系統(tǒng)總體方案設計與實現(xiàn)；(5)分析選擇合適的計算機系統(tǒng)，進行監(jiān)測系統(tǒng)的軟硬件設計；(6)監(jiān)測系統(tǒng)應具有的功能：a.被監(jiān)測參數(shù)顯示；b.當被監(jiān)測參數(shù)超限時，可進行聲光報警；c.對被監(jiān)測參數(shù)的極限值可進行設置和更改。(7)撰寫畢業(yè)論文。結構完整，層次分明，語言順暢；避免錯別字和錯誤標點符號;格式符合機械工程系學位論文格式的統(tǒng)一要求。.主要參考文獻[1]陳強.機械系統(tǒng)的微機控制[M].北京：清華大學出版社，1998.[2]何希才.傳感器及其應用電路[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.[3]于學謙.礦山運輸機械[M].徐州：中國礦業(yè)學院出版社，1989.[4]喻萍郭文川.單片機原理與接口技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.[5]劉建永.礦井提升機監(jiān)控系統(tǒng)的分析和設計[D].北京：中國地質大學，2009.4、進度安排設計各階段名稱起止日期

設計各階段名稱1查閱文獻，了解研究目的意義，完成開題報告3月3日?3月23日2廣泛閱讀相關文獻，制定監(jiān)測系統(tǒng)總體方案3月24日?4月13日3完成監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計，完成中期檢查3月24日?4月13日4完成監(jiān)測系統(tǒng)軟件設計5月5日?6月1日5撰寫畢業(yè)論文，準備答辯6月2日?6月22日審核人J年月日帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)摘要：帶式輸送機由其性能的優(yōu)越性被廣泛應用于礦山、港口、工廠生產(chǎn)等領域，其有別于其它運輸機器的特點是運輸距離長、輸送速度快、輸送量大，可對多種類型的物料進行連續(xù)運輸。帶式輸送機作為連續(xù)工作的設備，若一旦出現(xiàn)打滑、跑偏、縱向撕裂等故障，將迫使企業(yè)停止生產(chǎn)，大大降低了生產(chǎn)效率，嚴重時會導致人員傷亡和機器報廢。所以，為減少不必要的經(jīng)濟損失和人員傷亡，對帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)進行研究是非常重要的。本設計闡述了對帶式輸送機進行故障診斷的目的和意義，簡述了帶式輸送機的基本結構和工作原理，論述了帶式輸送機的故障機理，提出了新的監(jiān)測原理和方法。最后，完成對監(jiān)測系統(tǒng)總體方案的設計，在硬件方面由實際情況和監(jiān)測原理選擇合適的傳感器，通過分析比較選擇光電傳感器完成對各個故障信號的采集，然后，由輸送機結構尺寸和監(jiān)測需要，對傳感器的安裝位置進行選擇。由傳感器收集到的信號進行初步采集后，傳入數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)過處理后使其成為工控機易于接收的信號，通過組態(tài)王軟件，達到故障報警、實時顯示、生成報表、打印、報表存儲等目的。本文設計出的基于組態(tài)王軟件帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)，通過調試運行可知，系統(tǒng)界面顯示信息簡潔明了，同時對故障情況能夠達到實時監(jiān)測顯示，方便技術人員對運行狀態(tài)進行分析，當有故障發(fā)生時能及時維修處理。關鍵詞：帶式輸送機，監(jiān)測系統(tǒng)，組態(tài)王DesignofMonitoringSystemforBeltConveyorAbstract:Theadvantagesofbeltconveyorbyitsperformanceiswidelyusedinmining,port,factoryproductionandotherfields,apartingfromothertransportationmachine'characteristicsarebylongtransportdistance,fasttransportandlargetransportcapacity,anditcancontinuoustransportationevenifcancarryonformanykindsofmaterials.Beltconveyerasthecontinuousworkingequipment,ifitonceappearedskid,deviation,longitudinaltearingfault,Enterpriseswillbeforcedtostopproductionandproductionefficiencyisgreatlyreduced,underseriouscircumstances,itcancauseseriouscasualtiesandmachinesscrapped.Therefore,inordertoreduceunnecessaryeconomiclossesandcasualties,itisveryimportanttostudythemonitoringsystemofbeltconveyor.Thepurposeandsignificanceoffaultdiagnosisforbeltconveyorsaredescribedinthisdesign,andthebasicstructureandworkingprincipleofbeltconveyorareexpounded,Inaddition,thefailuremechanismofbeltconveyorisdescribed.Thenewmonitoringprinciplesandmethodsareproposed.Finally,Theoverallschemeofthemonitoringsystemwasdesignedandcompleted,IntheaspectofhardwareIchoosetherightsensoraccordingtotheactualsituationandthemonitoringprinciple.Bycomparisonandanalysis,thefaultsignaliscollectedbyphotoelectricsensor.Then,bytheconveyorstructureandmonitoringconditions,theinstallationpositionofsensorisdetermined.Thesignalsarecollectedinitiallybythesensor,nextthedataisafferentdataacquisitioncard,thenitcanbereceivedwhichIPCiseasytoaccept.Finally,Thesystemcanachievefaultalarm,real-timedisplay,generatereports,print,reportsstoragepurposesbyKingviewsoftware.BeltconveyormonitoringsystemthatisdesignedinthispaperisbasedontheKingviewsoftware.Itwasfoundthattheinformationcanbeclearandconcisedisplayedinthemonitoringsysteminterfacethroughthetestandoperation.Moreoverfaultconditionscanbedisplayedinrealtime.Itismoreconvenienttoanalyzetherunningstatefortechnicalpersonnel.Whenthebeltconveyoroccursafault,itcantimelymaintenance.Keywords:Beltconveyor,Monitoringsystem,kingviewIITOC\o"1-5"\h\z.緒論1課題研究的背景和主要意義1國內外研究現(xiàn)狀2主要研究內容4本章小結5.帶式輸送機的基本結構和工作原理6引言6帶式輸送機的基本結構6輸送帶6托輾7驅動裝置8機架9拉緊裝置9制動裝置9清掃裝置10電器保護裝置10帶式輸送機的工作原理10小結10.帶式輸送機主要故障形式及故障機理分析11輸送機跑偏故障及機理分析11跑偏故障分析11跑偏機理分析11輸送機打滑故障及機理分析13打滑故障分析13打滑機理分析13輸送機縱向撕裂故障及機理分析15縱向撕裂故障分析15縱向撕裂機理分析15iiiTOC\o"1-5"\h\z小結16.監(jiān)測原理及方法的設計17跑偏監(jiān)測原理及方法17打滑監(jiān)測原理及方法18縱向撕裂監(jiān)測原理與方法19.監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計20監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計20監(jiān)測跑偏、縱向撕裂的傳感器20監(jiān)測打滑的傳感器21數(shù)據(jù)采集卡的選擇22工控機23小結24.監(jiān)測系統(tǒng)軟件的設計25監(jiān)測軟件一組態(tài)王25監(jiān)測界面的設計25監(jiān)測軟件與外部設備的連接32定義I/O設備33定義數(shù)據(jù)庫變量36監(jiān)測軟件動畫連接38監(jiān)測軟件調試與運行40小結40.結論41參考文獻42致謝43IV太原工業(yè)學院畢業(yè)設計.緒論課題研究的背景和主要意義在國民日常生活和國家經(jīng)濟建設中，對各種能源的需求量非常大，而在對各種能源的使用中，對煤炭的開采和使用量是最大的。雖然，煤炭總的價格曲線是在下降的,但是，其總的開采量還是非常大的，在這種情況下就容易導致在開采過程中發(fā)生事故，造成經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以作為機械相關技術人員，考慮如何進行安全高效的開采和運輸，是當前主要需解決的任務。由于帶式輸送機的運輸能力強，其可以對沙石、煤炭等散裝物品進行運輸，同時對整件物品也可進行運輸。除此之外，還擁有運輸距離遠、運輸量大、運輸阻力低、運輸平穩(wěn)、對運輸物品的損傷低、以及可進行連續(xù)運輸?shù)奶攸c。所以，帶式輸送機可作為主要的礦用機械設備。隨著科學技術的高速發(fā)展，煤炭開采技術也進行著不斷的發(fā)展和提高，帶式輸送機的輸送量和運輸能力也得到了進一步的發(fā)展和提高。原有監(jiān)測輸送機運輸狀態(tài)的系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足工作需求，這時就要我們提出新的監(jiān)測技術來實現(xiàn)對現(xiàn)有的輸送機工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測。通過對帶式輸送機進行在線實時監(jiān)測和故障診斷，將有助于提高帶式輸送機工作的穩(wěn)定性、減少機器零件的磨損和整個機器的使用壽命。由于礦用帶式輸送機能更好的適應惡劣的煤炭開采環(huán)境，所以礦用帶式輸送機可作為主要的煤炭開采運輸機械設備。雖然，輸送機的型號多種多樣，但是其在運輸過程中出現(xiàn)的故障相似，主要都是打滑、跑偏以及縱向撕裂。所以，要保證帶式輸送機正常運行，主要是完成對這些故障的監(jiān)測。目前國內大部分煤炭開采企業(yè)對帶式輸送機的監(jiān)測方法大部分是經(jīng)過周期性的定期監(jiān)測維護來進行的，技術人員發(fā)現(xiàn)長期使用這種方法對帶式輸送機運行狀態(tài)進行監(jiān)測，存在誤差有著很大的監(jiān)測缺陷。因為應用這種監(jiān)測方法往往是帶式輸送機首先出現(xiàn)了故障狀態(tài)，然后，技術工人才會去對故障進行搶修，這種監(jiān)測方法不能預防故障的發(fā)生，總是“發(fā)生故障一一進行維修”這樣的惡性循環(huán)。只是依靠事后的搶修是不能有效地確保礦用帶式輸送機穩(wěn)定運行的，如果其在運輸過程中突然出現(xiàn)故障，對于技術工作人員來說，是比較麻煩的。除此之外，定期的對輸送機進行拆裝維護，可能對機器存在一定的損害。經(jīng)常周期性的進行定期的維護和維修往往會造成“過剩維修”和“維修不足”，“維修不足”也就是說在設備沒有達到定期維修的時間，就已經(jīng)出現(xiàn)故障，也會發(fā)生突發(fā)性的不定期故障，煤礦大型機器設備經(jīng)常會發(fā)生這種故障，帶式輸送機發(fā)生這種故障不僅影響到煤礦開采的效率，嚴重時可造成人員傷亡和重大經(jīng)濟損失；“過剩維修”是指設備到了周期性維修時間點，可設備還處于正常安全的工作狀態(tài)，卻要進行周期性的監(jiān)測和維修，這樣就會造成不必要的浪費，影響生產(chǎn)效率。那么為了達到使輸送機安全和穩(wěn)定運行的目的，這種“定期性監(jiān)測維修”的方法明顯不能滿足煤礦開采企業(yè)高效安全生產(chǎn)的需求。由于，當前礦用帶式輸送機的發(fā)展方向都是朝著功率大、速度高、運輸距離長和較高的運輸穩(wěn)定性，那么，就急需技術人員對落后的帶式輸送機在線實時監(jiān)測系統(tǒng)進行改進和發(fā)展，來滿足輸送機不斷發(fā)展的現(xiàn)狀。隨著當前監(jiān)測設備的不斷發(fā)展和各種編程軟件、圖形化處理方式的出現(xiàn)，使礦用帶式輸送機達到在線實時監(jiān)測，得以更好地實現(xiàn)。本文研究的目的和意義在于：在監(jiān)測硬件的選擇上，采用先進的光電式傳感器對信號進行采集，提出了基于組態(tài)軟件的帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)。采取先進的硬件監(jiān)測設備和組態(tài)軟件相結合的監(jiān)測方案，利用組態(tài)王軟件的優(yōu)勢：應用其強大的數(shù)據(jù)處理能力和自動化程度高以及采集速度快的特點，使得這種結合組態(tài)軟件的實時監(jiān)測系統(tǒng)，能夠對帶式輸送機運行情況進行精確、快速的監(jiān)測，保護機器的正常工作。對于輸送機在運行過程中主要出現(xiàn)的故障:輸送帶打滑、跑偏以及縱向撕裂，課題所研究開發(fā)的帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)，可以完成對輸送機這些故障的在線實時監(jiān)測。本課題所研究的基于組態(tài)軟件的監(jiān)測系統(tǒng)，方便工作人員對帶式輸送機的運行情況進行隨時了解和查詢。這種監(jiān)測方案在監(jiān)測精度和效率方面，完成了很大的提高，并且提供了充分的依據(jù)，在后期帶式輸送機系統(tǒng)性能分析方面。當有故障出現(xiàn)時，系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)，發(fā)出報警甚至停機，為防止事故發(fā)生，降低經(jīng)濟損失，具有重大意義。國內外研究現(xiàn)狀查閱相關國內外文獻發(fā)現(xiàn)，對于帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)的研究，除了對帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)設計的研究，還有對輸送機打滑、跑偏以及縱向撕裂等故障監(jiān)測原理和方法的研究。(1)監(jiān)測縱向撕裂故障的研究現(xiàn)狀當前國內外在監(jiān)測輸送帶縱向撕裂研究領域，方法多種多樣，但主要包括兩大部分：接觸式測量法和非接觸式測量法。二者相比接觸式出現(xiàn)的時間比較早，應用機械裝置來達到監(jiān)測的目的，但是由于接觸式監(jiān)測方法的精度不高，逐漸被人們所放棄，后來，經(jīng)過設計研究后，主要以非接觸式監(jiān)測方法為主。據(jù)了解日、英、澳等國家在二十世紀七十年代左右先后在超聲波探傷檢測器領域有所突破。縱觀國內帶式輸送機監(jiān)測領域發(fā)展狀況，由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境的特殊性，鋼絲純芯帶式輸送機被很多煤炭開采企業(yè)所使用，這樣就導致縱向撕裂事件常常發(fā)生，國內大量的研究人員主要對縱向撕裂故障的預防和監(jiān)測進行了深入的研究，獲得了突破性的進展。除了位于唐山的工業(yè)自動化研究所之外，上海煤炭研究分院關于監(jiān)測縱向撕裂故障的裝置也取得了國家專利認證。國內外在帶式輸送機縱向撕裂的檢測領域，具方法比較多，主要有：基于漏料進行檢測的、應用弦線的變化進行監(jiān)測的、基于撕裂后滾筒壓力的變化進行監(jiān)測的、基于監(jiān)測托輾振動的情況進行監(jiān)測、還有基于皮帶寬度的變化進行監(jiān)測；比較新的監(jiān)測方法有：利用光的透視強度變化進行監(jiān)測、利用超聲波進行監(jiān)測、以及在皮帶中預埋金屬線圈進行監(jiān)測等方法。對于上文的這些監(jiān)測方式，利用接觸式進行監(jiān)測時。雖然在使用過程中可以比較簡單的進行安裝，監(jiān)測原理也不復雜，但是在使用過程中容易發(fā)生誤差，監(jiān)測誤差比較大，同時可靠性也沒有保障。目前比較先進的監(jiān)測原理有：利用超聲波進行監(jiān)測、利用x光進行探測、嵌入特殊材料進行監(jiān)測等。對于這幾種監(jiān)測原理，首先超聲波監(jiān)測技術在應用時局限性比較大，通常用于地上設備的監(jiān)測，除此之外，在使用時費用比較高。利用x光進行監(jiān)測精度比較高，但是不適合應用在煤炭開采這樣惡劣的工作環(huán)境，同時在使用過程中費用也不低。通常所說的嵌入是指事先在生產(chǎn)時在輸送帶中預埋導電材料，當發(fā)生縱向撕裂故障時，導電材料也會受到損害，但是，對于正在使用的輸送帶來說預埋線圈比較麻煩。(2)監(jiān)測跑偏故障的研究現(xiàn)狀對于跑偏故障接觸式監(jiān)測的方法有：應用調心托輾組來完成監(jiān)測，在輸送帶組成結構中用調心托輾組代替一般的托輾，可以完成對較小跑偏的復位；應用跑偏開關可以直接進行跑偏狀態(tài)的監(jiān)測；應用自動調心托棍進行監(jiān)測，但是這種監(jiān)測只能對較小的跑偏狀態(tài)進行復位。目前國內對帶式輸送機跑偏的研究成果有：基于電磁感應理論設計的跑偏開關對跑偏狀態(tài)進行監(jiān)測，應用機械零件凸輪、彈簧桿等設計出的兩級跑偏開關，可以對跑偏故障進行監(jiān)測。兩級跑偏開關對跑偏故障的監(jiān)測方式，是一種接觸式監(jiān)測方式，反應比較慢，監(jiān)測誤差較大，除此之外，在長期的監(jiān)測過程中，對開關的磨損比較嚴重；不能完成對跑偏位置的確定。(3)監(jiān)測打滑故障的研究現(xiàn)狀對于打滑故障的發(fā)生，是由于滾筒與皮帶之間的摩擦力不足造成的，那么要防止打滑故障的發(fā)生就要增大摩擦力，可以通過增大摩擦系數(shù)、增大預緊力來增大摩擦力。近年來國內監(jiān)測皮帶打滑的研究主要有：一種是在主動滾筒上安裝速度傳感器對打滑進行監(jiān)測；另一種是用速度傳感器直接監(jiān)測輸送帶的運行速度，然后對速度值進行處理，判斷出打滑和斷帶故障。(4)帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀隨著相關技術的發(fā)展，帶式輸送機監(jiān)測技術水平達到了一個新的高度。這其中主要是傳感器技術、計算機技術的迅猛發(fā)展對其影響最大。應用傳感器技術、現(xiàn)代測試技術、以及計算機技術三位一體，使現(xiàn)代監(jiān)測系統(tǒng)的功能更強大、過程更穩(wěn)定、誤差更小?，F(xiàn)代監(jiān)測系統(tǒng)研究已日趨成熟，有的應用單片機進行監(jiān)測、有的應用組態(tài)軟件進行監(jiān)測、有的應用虛擬儀器進行監(jiān)測、有的應用plc進行監(jiān)測，對于應用虛擬儀器監(jiān)測系統(tǒng)的設計還不夠成熟，是目前技術人員研究的一個主要方向。而本設計是基于組態(tài)軟件完成帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)的設計，系統(tǒng)通過硬件設備完成數(shù)據(jù)的采集后，主要是應用組態(tài)王作為軟件部分，提供工作界面完成數(shù)據(jù)信號的處理、數(shù)據(jù)保存、打印和運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，以及進行故障報警等操作。主要研究內容本文以傳感器監(jiān)測技術為理論基礎，針對帶式輸送機在運行過程中出現(xiàn)的各種故障形式，分析產(chǎn)生故障的機理并研究確定各種故障的診斷方法，開發(fā)出一套適應于診斷打滑、跑偏和縱向撕裂等故障的帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)。本文研究的主要內容有：(1)闡述了帶式輸送機故障診斷的發(fā)展現(xiàn)狀，闡明了進行帶式輸送機故障診斷研究的必要性；(2)系統(tǒng)介紹了帶式輸送機的結構特點和工作原理；(3)分析帶式輸送機故障特征和故障機理；(3)針對帶式輸送機故障特征和故障機理，對其故障的診斷方法分別進行詳細的闡述；(4)設計在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)硬件結構；(5)設計在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)軟件的開發(fā)及其功能的實現(xiàn)；本章小結本章首先對帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)故障診斷研究目的和意義進行闡述，可知對帶式輸送機運行狀態(tài)進行監(jiān)測與故障診斷是非常必要的。其次介紹了國內外帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，最后闡述了本文研究的主要內容。.帶式輸送機的基本結構和工作原理引言帶式輸送機是以膠帶、塑料帶、鋼帶等作為運輸物料和牽引部件的輸送機械。帶式輸送機從十八世紀初被發(fā)明以來，經(jīng)過長期的發(fā)展，已經(jīng)廣泛被煤炭、礦山、化工等行業(yè)所使用。由于帶式輸送機具有輸送量大、結構簡單、運輸距離長、輸送物料范圍廣泛、能耗低、效率高、裝卸物料方便等特點，所以它已經(jīng)成為各個國家爭先發(fā)展的行業(yè)。帶式輸送機的基本結構帶式輸送機按照外形，可分為：平型、槽型、夾帶式、波紋擋邊袋式、吊帶式、和固定等幾大類；按照驅動方式可分為：有輾式、無輾式和直線驅動式三類。輸送機的基本結構有：輸送帶、拉緊裝置、托輾、機架、清掃裝置、減速器、電器保護裝置等如圖2—1。下面對其結構進行詳細說明。7777775—輸送帶7777775—輸送帶6—下托輻1—拉緊裝置2—裝載裝置3—該向滾筒4一上托輻7一機架8—清掃裝置9—驅動裝置圖2.1帶式輸送機結構簡圖輸送帶在整個結構中，輸送帶作為主要的運行部分，生產(chǎn)時，對皮帶的抗張強度、柔性、伸長率、耐磨性和抗疲勞性等方面都有很高的要求。輸送帶按照帶芯類型可劃分為織物型（棉帆布、合成纖維）和鋼鐵型（鋼絲純、鋼纖維、鋼帶）兩類。輸送帶的結構相對來說比較簡單，可劃分為覆蓋層、帶芯層和隔離層三部分組成。覆蓋層分為上膠層和下膠層，分別覆蓋在帶芯層上，由外部條件確定是否要達到耐油、耐磨、耐高溫等要求；帶芯層作為輸送帶主體部分，用于承受外部載荷，根據(jù)帶強要求選擇棉帆布、尼龍布、芳綸布、鋼絲純芯；隔離層主要作用進行隔離，根據(jù)帶芯材料的不同而選擇不同的配方。托根托輾作為主要的組成部件，其數(shù)量豐富、種類多種多樣。它主要用來支撐輸送帶和物料重量。在一臺輸送機上托輾的成本占整個機器成本的30%左右，用來承受百分之七十左右的阻力。因此，在生產(chǎn)過程中對托輾的生產(chǎn)質量要求比較高。在一臺機器上托輾的重量占總機器重量的百分之三十到四十，所以，在對輸送機進行維護和修理時，主要是對托輾的維護和修理。一般在生產(chǎn)過程中，如果輸送機的工作效率比較高，那么它的托輾往往質量都比較高；相反，如果機器在運行過程中效率比較低，那么它的托輾質量一般都比較低，也就是說托輾質量的好壞，將直接影響到機器的運行效率。所以制造高精度、高質量、高壽命、低阻力的托輾，對提高帶式輸送機的生產(chǎn)效率至關重要。按照外部形狀的不同，可將托輾分為平行類、V形類、槽型類、調心托輾組、懸掛托輾組、翻帶托輾組、擋邊輪。平行托輾組由平行上托輾組和平行下托輾組構成，平行下托輾組具有平形、螺旋形、彈簧形等幾類。安裝時，在下托輾兩端分別安裝固定架將其固定，一般平行下托輾都是單根托輾組成。在安裝時，應該留出適當間距，用來保證輸送帶在運行過程中適當出現(xiàn)的橫向位移。V形托輾主要指下托輾是由兩個托輾組成，形似V型。具最大的特點是下托輾在運行過程中，當輸送帶發(fā)生較小角度的偏移時，可適當?shù)倪M行調節(jié)。槽型類托輾組可分為三輾圓柱式土棍組、側錐形托輾組和前置式槽型托輾組。三輾圓柱式托輾組用于上托輾，槽角有10°、30°、35°等。其中還帶有前傾角托輾和緩沖托輾。在槽形托輾的基礎上，將其兩側的托輾改為錐形，就變成側錐形托輾。錐形托輾在結構上可裝有轉動的支架，可以實現(xiàn)輸送帶跑偏糾正的作用。調心托輾是在輸送帶的中心樞軸的垂直方向上安裝托輾，它的作用是當輸送帶發(fā)生側向跑偏時，該托輾組可將輸送帶推回到中間位置。由于考慮到托輾在機器工作時的顯著作用，所以在安裝托輾時，在安裝時應該合理布置托輾的間距。對于間距的確定，主要考慮托輾的額定負荷、皮帶質量、皮帶額定負荷等因素。在托輾安裝時，選擇合理的密封方式對托輾來說至關重要。選擇合理的密封方式將有助于增強托輾的使用壽命。對于礦用帶式輸送機進行合理的密封，可以有效保護機器設備提高機器的工作效率。驅動裝置驅動裝置的工作過程為：電動機通過聯(lián)軸器將其與減速器連接，最后將減速器與傳動滾筒進行連接，當電動機產(chǎn)生運動指令后，通過中間設備后傳動滾筒也會跟著發(fā)生運動。在完成上述運動時，所涉及到的所有機器設備統(tǒng)稱為驅動裝置。輸送帶的運動就是在傳動滾筒與皮帶發(fā)生相對運動時產(chǎn)生摩擦力，由摩擦力來完成的。驅動裝置作為輸送機的動力部分，對其也有一定的要求，空載時能否實現(xiàn)啟動、過載時是否有保護措施、能否完成頻繁的加速和減速變化等。驅動裝置主要有以下幾部分：(1)電動機選擇電動機時，可以從功率、啟動力矩、最大力矩、轉速、電源電壓、工作效率等方面進行考慮。在使用過程中，可以供系統(tǒng)選擇的電動機有：高轉子電阻的電動機、深槽式電動機、雙鼠籠電動機、繞線式感應電動機。在實際生產(chǎn)中，可根據(jù)現(xiàn)場工作情況進行選擇，如防爆、耐高溫。(2)聯(lián)軸器聯(lián)軸器的主要作用是：將驅動裝置的輸出軸和傳動滾筒的輸入端連接起來。具有過載保護的作用。目前可供選用聯(lián)軸器種類比較豐富，可將其分為液力式、磁力式、摩擦式和機械式幾種。但從驅動裝置整體運行穩(wěn)定性和高效性出發(fā)，經(jīng)常選用的主要有：液力聯(lián)軸器、磁力聯(lián)軸器、十字軸式萬向聯(lián)軸器等。(3)減速器減速器是電動機和滾筒之間的減速裝置，是輸送機主要組成結構之一。帶式輸送機減速器主要分為平行軸、同心軸、直交軸三大類。平行軸類的圓柱齒輪減速器使用比較常見。在同心軸中的白線針輪的使用較多。直交軸主要有：圓錐圓柱硬齒面減速器、液壓無極變速器等。圓柱圓錐齒輪減速器使用范圍有限，同樣圓柱齒輪減速器也有一定的局限性，不能廣泛應用于井下作業(yè)，需要擴大工作空間，但是它又有一定的優(yōu)越性，與其它減速器相比它的傳動效率較高。（4）傳動滾筒傳動滾筒主要作用是將帶式輸送機的運動狀態(tài)進行傳遞。傳動滾筒緊密連接于驅動裝置，是帶式輸送機的主要支撐部分。按照功能分，可將其分為：真空滾筒、磁力滾筒、輪胎滾筒、陶瓷滾筒等。對于一些特殊的工作環(huán)境，應該對滾筒的表面進行特殊處理。機架機架是帶式輸送機的骨架結構，對其他結構具有重要的支撐作用。機架具有多種分類方式，按照布置位置的不同，可將其劃分為機頭架、機頭探架、中間架、機尾架和驅動架。對于有些型號的輸送機，它的中間架部分是可拆裝的。拉緊裝置拉緊裝置的主要作用是保障帶式輸送機的穩(wěn)定運轉。因為在運行過程中，要使輸送機有足夠的牽引力（摩擦力），就必須保證皮帶張緊力的大小滿足需要。而張緊力的大小就是通過拉緊裝置進行調節(jié)的。在制動和啟動過程中拉緊裝置的作用更加明顯。制動裝置制動裝置顧名思義其作用是用來制動的。制動裝置按照使用情況的不同主要包括制動器和逆止器兩部分。常用的逆止器有三類：帶式型、棘輪型和滾柱型。制動器常用的有液壓推桿制動器和電磁離合制動器等。當輸送帶的行狀態(tài)是上坡時，要達到停車的目的就要使用制動器。當制動器的適用環(huán)境比較特殊時，我們就要對其表面進行特殊處理，如加固防爆或耐高溫材料。當輸送帶的運行狀態(tài)是下坡時，要達到停車防止輸送帶倒退時使用逆止器（停止器）。清掃裝置輸送帶在運行一段時間后，經(jīng)常會將泥漿、煤塵、粉狀物料等粘性物質粘在輸送帶表面上，如果不及時清理，會弄臟托輾、滾筒等設備，長期不處理將會影到機器的輸送效率，嚴重時會發(fā)生故障。因此，對輸送機進行清掃可以間接保證其正常運行。清掃裝置主要有：單刮板或多刮板式清掃器、旋轉式輸送帶清掃器、螺旋式清掃器、噴水器和刮水器。當進行清掃時，根據(jù)實際情況選擇合適的清掃裝置。電器保護裝置對輸送機設置多種電器保護裝置，對于提高機器壽命、保護工作人員的安全、保證機器的運行效率等方面，具有重要的意義。目前主要的保護裝置有：縱向撕裂保護裝置、打滑斷帶保護裝置、煙霧保護裝置、跑偏保護裝置、帶速監(jiān)測保護裝置、拉力保護裝置以及電機的接地、短路保護裝置等。本設計主要就是對縱向撕裂保護裝置、打滑斷帶保護裝置以及跑偏保護裝置的研究。帶式輸送機的工作原理帶式輸送機即皮帶輸送機，當輸送帶開始工作時，首先由驅動裝置對主動滾筒進行驅動，使主動滾筒發(fā)生轉動。驅動過程為電動機開始工作，經(jīng)過聯(lián)軸器、減速器的中間過程，作用到主動滾筒使?jié)L筒發(fā)生轉動。主動滾筒發(fā)生轉動后，導致滾筒與皮帶之間產(chǎn)生摩擦力。產(chǎn)生的摩擦力即牽引力驅動皮帶進行定向運動，皮帶在運行過程中是有托輾起支撐作用，當皮帶運動到機架尾端經(jīng)過從動滾筒（轉向滾筒）時運動方向發(fā)生偏轉，這樣上行皮帶就轉化為下行皮帶，形成一個無限循環(huán)的過程。物料從進料口落入，經(jīng)過皮帶的運輸?shù)竭_出料口附近，從出料口輸出。小結本章對帶式輸送機的基本組成結構進行詳細分析，闡述了輸送機的工作原理，為后期故障機理的分析和監(jiān)測方法的確定提供理論基礎。io.帶式輸送機主要故障形式及故障機理分析帶式輸送機的主要故障表現(xiàn)形式有：跑偏、打滑及縱向撕裂等。本章主要對這三種故障的表現(xiàn)新式及故障機理進行分析，為后期進行監(jiān)測原理的設計提供理論依據(jù)。輸送機跑偏故障及機理分析跑偏故障分析輸送帶跑偏可定義為：當輸送機在運行時輸送帶運動位置偏離偏離原來的運行位置產(chǎn)生側向位移，也就是說實際運行位置和理論位置出現(xiàn)偏差。出現(xiàn)跑偏的原因為：輸送機理論設計中心線與輸送帶的運行中心線不重合。實際情況表現(xiàn)為：輸送帶邊緣和托輾邊緣以及滾筒邊緣之間的距離發(fā)生變化與理論距離值不符。出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象的根本原因是：在垂直于運動方向上的力不平衡，皮帶在該方向上產(chǎn)生了合外力；除此之外當應力在垂直方向上分布不均時，那么就會出現(xiàn)側向應力，這時托輾或滾筒會對其產(chǎn)生一個反向作用力，在該力的作用下皮帶會出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象.當出現(xiàn)故障時，往往會導致皮帶邊緣與滾筒、托輾以及機架部分相摩擦，長時間的摩擦將導致皮帶邊緣的磨損，嚴重時皮帶邊緣會翻起使物料傾灑，除此之外嚴重的磨損往往會導致局部溫度過高，有發(fā)生火災的隱患；當兩側滾筒邊緣有堅硬異物時，發(fā)生跑偏將會導致縱向撕裂事故的發(fā)生，導致皮帶提前報廢。故障處理措施：發(fā)生跑偏的原因不唯一，不同的原因處理措施也不同，首先對故障出現(xiàn)的原因進行分析。由于托棍安裝不對稱或托輾的角度發(fā)生偏轉引起跑偏時，將托輾的安裝位置和角度進行調整，可避免跑偏的發(fā)生。當發(fā)生輸送帶整體跑偏時，可以驅動電機通過絲杠將兩滾筒的相對距離和角度進行調整，使?jié)L筒的方向始終垂直于運動方向；當皮帶的接頭部分發(fā)生故障時，應監(jiān)測接頭，將其方向進行調整。當上述現(xiàn)象發(fā)生時，分析產(chǎn)生的原因，針對不同的原因選擇合適的處理辦法，可提前減少損失程度。跑偏故障的處理辦法多種多樣，但最主要的是設計一種實時監(jiān)測系統(tǒng)，對各種跑偏機理造成的故障都能進行監(jiān)測和處理。跑偏機理分析11皮帶的工作狀態(tài)是一種無限閉合循環(huán)過程，在整個結構中輸送帶可分為上行皮帶和下行皮帶兩大段。一般在工作時上行皮帶和下行皮帶的運動中心線理論上應該是平行的，并且在垂直方向上的合應力應該為零。但是當外界環(huán)境發(fā)生變化時，輸送帶的運行狀態(tài)發(fā)生變化，直觀表現(xiàn)為上行皮帶和下行皮帶的中心線不再平行，在垂直方向上皮帶的合應力也發(fā)生了變化，出現(xiàn)了側向合應力。在側向合應力的作用下輸送帶會產(chǎn)生一定的側向位移，當位移的數(shù)值超過跑偏的標準值時，就會導致故障的發(fā)生。從上面的分析我們了解到，造成跑偏事故的原因多種多樣，但是經(jīng)過詳細的分析可知當前主要因素都很明確。故障機理總的可以概括為以下兩大類：第一種是指，機器在投入生產(chǎn)以前，在制造過程中和安裝時由于技術不過關所造成。主要有以下幾種情況：(1)皮帶本身結構不合格：皮帶在出廠時質量不達標，接頭位置不對，整體厚度不均勻等，輸送帶在損壞以后由于維修不足使帶體的厚度不均勻等。這些因素往往會導致輸送帶兩側所受力的大小不相等，有發(fā)生跑偏的隱患。(2)滾筒在加工時造成的誤差：滾筒在加工時造成的誤差、滾筒被粘上物料以及發(fā)生磨損都會使?jié)L筒的直徑大小發(fā)生變化，那么將會在垂直方向產(chǎn)生一個側向力，使皮帶向直徑較大的方向產(chǎn)生橫向位移，位移較大時會造成跑偏故障。(3)當帶式輸送機的中心線和兩側滾筒的中心線不能保持垂直時，將使輸送帶產(chǎn)生側向位移；當滾筒的安裝位置存在誤差時，導致輸送帶過于松弛，兩側滾筒與皮帶松緊程度不同，在垂直方向的驅動力發(fā)生變化，最終輸送帶會向松弛的一端產(chǎn)生位移。(4)輸送機安裝錯誤；輸送機安裝后自身結構在運行方向上不在一條直線上；托輾的位置安裝錯誤，輸送機中心線與托輾自身的中心線不垂直；輸送帶各部件的中心線不在一個方向上；機架兩端存在高低差有傾斜現(xiàn)象時。上述原因都是在帶式輸送機在投入生產(chǎn)以前就存在的，當輸送機運行后會導致跑偏故障的發(fā)生。設備型號不配套、在調試時不嚴格等都會產(chǎn)生隱患。所以，技術人員在選擇時一定要優(yōu)先考慮質量合格的設備，為了能及早發(fā)現(xiàn)和避免機器自身問題所引起的故障，輸送機必須在調試后才能投入使用，減少不必要的損失。帶式輸送機在投入生產(chǎn)后產(chǎn)生跑偏的原因比較復雜，可以通過對運行實際情況進行原因分析。(1)物料在輸送帶上的分布不均勻、以及當大塊物料分布在皮帶的一端時，都12會使輸送帶受力不均勻，長時間的局部磨損，使輸送帶發(fā)生部分變形，造成跑偏故障;(2)維護不及時；當清掃周期過長時導致托輾或滾筒沾上物料，使局部直徑發(fā)生變化，輸送帶受力不均勻，發(fā)生跑偏。所以，在生產(chǎn)時應該及時對設備進行清潔，合理安排維護周期。除此之外，對機架和托輾應該定期進行結構檢測，防止結構突變造成輸送帶跑偏；(3)滾筒或托輾出現(xiàn)轉動不靈，托輾連接支架發(fā)生局部松動時等；(4)機器經(jīng)過長時間的使用造成局部老化、磨損等。由于目前機械領域發(fā)展的局限性以及輸送機工作環(huán)境的客觀性等，上述原因是不能完全進行避免的。因此，設計帶式輸送機實時監(jiān)測系統(tǒng)，增強監(jiān)測系統(tǒng)的功能對其進行實時監(jiān)測顯得至關重要。3.2輸送機打滑故障及機理分析打滑故障分析輸送機皮帶的運動主要是靠主動滾筒給它提供一個向前的驅動力，這個驅動力就是皮帶與滾筒之間的摩擦力。當載荷的大小發(fā)生變化或拉緊裝置提供的拉緊力發(fā)生變化時，將導致皮帶的速度發(fā)生變化。當皮帶速度與滾筒線速度之間的差值較大時，輸送機就會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。當發(fā)生打滑時，造成的危害主要有：打滑時在摩擦力的作用下會產(chǎn)生大量的熱使皮帶的溫度升高，嚴重時輸送帶的表面將會起火導致火災的發(fā)生；除此之外，會導致兩側的滾筒、輸送帶表面發(fā)生磨損與損壞，使皮帶的使用壽命降低；當運行時物料的重量過大時，會使下行皮帶的制動力矩過小，不能達到制動的作用，導致發(fā)生“飛車”。從上面的闡述可知，對帶式輸送機進行速度的監(jiān)測，防止打滑事故的發(fā)生意義重大。監(jiān)測速度可以及時預防當輸送帶速度過高時發(fā)生打滑，而且也能及時預防當輸送帶速度過低時輸送帶不能完成輸送任務導致物料的堆積。打滑機理分析由前文對帶式輸送機結構和工作原理的分析可知，輸送帶發(fā)生打滑是由于主動滾13筒提供給皮帶的牽引力小于皮帶在運行時所受到的阻力。用公式表示為:F牽Fa(3—1)同時；嗦s^sz(a1)(3-2)上式中：St一主動滾筒相遇點的張力；Sz一主動滾筒分離點的張力；t—摩擦系數(shù)；一包角；整理可得：Sz(at1)F阻(3—3)此式為發(fā)生打滑故障的條件。從上式可以看出，包角、摩擦系數(shù)、分離點的張力、阻力四個因素，直接影響輸送機是否發(fā)生打滑現(xiàn)象。同時，我們也可以改變這四個參數(shù)，對打滑現(xiàn)象進行改善。上述參數(shù)發(fā)生變化時對打滑現(xiàn)象的影響：(1)滾筒與輸送帶分離部分的張力減小。當張緊力發(fā)生變化時直接導致張力的變化。當皮帶長期使用后會發(fā)生塑性變形，皮帶長度變大時張緊力就會減小，并且張緊裝置老化同樣會使張力減小，導致發(fā)生打滑事故。(2)當皮帶的摩擦系數(shù)降低時。外界環(huán)境的變化會導致皮帶和滾筒接觸面情況發(fā)生變化，比如陰雨天氣當雨水浸入會導致摩擦系數(shù)減小。(3)當包角減小時。通常情況下帶式輸送機的圍包角是固定值，一般不發(fā)生變化與外部環(huán)境無關。(4)在運動過程中阻力增大時。導致阻力增大的因素有：過輸送物料過重、滾筒或托輾老化使轉動不靈活、皮帶在運行時發(fā)生卡死以及堆煤現(xiàn)象等，都會使運行阻力增大。3.3輸送機縱向撕裂故障及機理分析縱向撕裂故障分析帶式輸送機縱向撕裂現(xiàn)象是指；輸送機在工作時在外部因素的作用下使皮帶沿運行方向撕開來，出現(xiàn)漏料的情況。其主要原因是皮帶在長期使用中由于磨損嚴重使局部抗拉能力減小或當有尖硬物料插入皮帶也會導致縱向撕裂故障發(fā)生。除此之外，當皮帶發(fā)生跑偏或有物料卡在滾筒和托輾上時，也會發(fā)生縱向撕裂。發(fā)生故障的位置主要是在落料口附近。因為，在進行落料工作時，輸送物料中的尖硬物質常常會卡在托輾或滾筒上，這些物質對上行皮帶的作用力持續(xù)增大，最后扎入皮帶內在持續(xù)的運動中將上行皮帶一分為二。目前礦用輸送機的速度往往比較高，當有上述現(xiàn)象發(fā)生時，倘若不進行及時的停機操作，可能會造成整條皮帶的報廢。所以，對帶式輸送機皮帶進行實時監(jiān)測和預防意義重大。查閱相關資料可知，對縱向撕裂事故的預防主要有兩大研究方向：其中一種，對輸送機皮帶生產(chǎn)材料進行改進。因為縱向撕裂事故的發(fā)生主要是材料的橫向強度較弱，容易被堅硬物質扎穿，所以必須生產(chǎn)出一種強度比較高皮帶才能減少撕裂故障的發(fā)生，這種研究方向是從根源上避免故障的發(fā)生。不過成功研制出一種新的材料往往受到多方面的制約。另外一種，在縱向撕裂監(jiān)測理論和方法上進行改進和創(chuàng)新。根據(jù)實際環(huán)境和運行狀態(tài)對帶式輸送機進行監(jiān)測系統(tǒng)的升級比生產(chǎn)新的輸送帶更方便、更快。在上一章的陳述中，已經(jīng)對各種監(jiān)測系統(tǒng)進行比較說明。對于目前工作情況的需要，在對原監(jiān)測系統(tǒng)進行改進后，本設計研究出一種基于組態(tài)軟件的在線監(jiān)測系統(tǒng)，應用最新的傳感器理論完成對輸送機縱向撕裂故障的監(jiān)測?？v向撕裂機理分析在皮帶運行過程中，縱向撕裂故障是一種比較普遍的故障形式，當發(fā)生縱向撕裂故障時常常會使整條輸送帶發(fā)生報廢，給企業(yè)帶來嚴重的損失。造成撕裂故障的原因主要有以下幾個方面：(1)鋼純芯皮帶縱向撕裂15對于鋼純芯輸送機，在運行過程中鋼絲繩在過重載荷的作用下，經(jīng)常會導致其發(fā)生斷裂。裂開的鋼絲繩會從皮帶的接頭處伸出，會纏在托棍、滾筒上，直接導致鋼絲純從皮帶中抽出，發(fā)生撕裂故障。防止措施只能是縮短巡視周期，及早發(fā)現(xiàn)，及早處理。(2)跑偏導致的撕裂皮帶在運行時若出現(xiàn)單側位移較多時，皮帶在垂直方向上應力分布不均時，造成皮帶邊緣被磨損夾住等，出現(xiàn)撕裂事故，這種情況主要是在跑偏故障嚴重時才會出現(xiàn),所以對跑偏現(xiàn)象進行及時的監(jiān)測和處理，可減少這種撕裂情況的發(fā)生。(3)物料被卡造成的撕裂輸送機在運輸物料時，經(jīng)常會有一部分物料被卡在機架、托輾或滾筒附近，長時間運行過程中物料會不斷的摩擦皮帶表面，最后導致皮帶的局部撕裂。還有一種情況是，當輸送機的運行速度過低時，裝料口裝料速度過快或卸料口卸料不及時，都會造成物料在裝料口和卸料口的堵塞，兩個堵塞部位由于摩擦的作用出現(xiàn)皮帶撕裂。(4)外部異物造成的撕裂一種是，尖銳器物穿透造成的劃傷。當物料中被混入尖銳物質時，在慣性力的作用下異物的尖銳部分會刺穿皮帶，發(fā)生縱向撕裂。另一種是，由于輸送機自身的結構發(fā)生松動，掉落的零部件在慣性力的作用下對皮帶造成劃傷。3.4小結本章對帶式輸送機在運行過程中出現(xiàn)的主要故障進行總結，分別闡述了跑偏、打滑、縱向撕裂故障的表現(xiàn)形式以及危害，最后對故障機理進行詳細分析。.監(jiān)測原理及方法的設計跑偏監(jiān)測原理及方法由上文的跑偏機理分析可知，皮帶在運行時其實際中心線偏離理論中心線時，出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，在監(jiān)測時可以對位移進行監(jiān)測，用光電傳感器監(jiān)測到信號后，將信號經(jīng)過送到工控機，利用組態(tài)王軟件對數(shù)據(jù)進行顯示和處理，當有跑偏故障發(fā)生時，立即進行報警。為了更好的達到監(jiān)測效果，提高監(jiān)測的準確性，必須對傳感器的安裝位置進行合理的布置。從上文的跑偏機理分析可知，主要在以下位置進行安裝：(1)輸送機的頭部和尾部滾筒處；(2)皮帶上主要運行物料段；(3)皮帶凹弧端的兩側；(4)輸送帶運行過程中經(jīng)常凸起的地方。為了提高監(jiān)測跑偏的準確性，應該在考慮實際情況后進行合理的選擇。由跑偏的故障機理可知輸送機在運行時一般在兩側的驅動滾筒和從動滾筒處易發(fā)生跑偏故障，這兩處發(fā)生故障時一般不容易自動恢復和控制，所以在這兩個位置安裝監(jiān)測裝置非常重要。一般根據(jù)帶速的大小以及結合經(jīng)驗，確定傳感器的安裝部位。當帶速為8m/s左右時，選擇將傳感器安裝在距離主動滾筒10m左右處。本系統(tǒng)應用左右兩組傳感器對跑偏故障進行監(jiān)測，每組有四個對射式光電開關，然后將左邊的四個傳感器分為1#組和2捌，同樣將右邊的傳感器也分為1#組和2捌。傳感器的具體安裝如下：取輸送帶寬度的百分之八左右為側向安裝距離，即在輸送帶左側，在距離輸送帶邊緣大小取輸送帶寬度的百分之八處，安裝1#左跑偏傳感器組，在距離帶寬的百分之十六處，安裝2#跑偏傳感器組。右側安裝同理。當輸送帶正常運行時，所有的傳感器無信號輸出，顯示運行正常沒有發(fā)生跑偏；單側跑偏，指發(fā)生跑偏時只向左側跑或只向右側跑。左右兩組傳感器，只有左側或僅僅是右側傳感器有信號輸出，左右兩組傳感器不可能同時又信號輸出；雙向跑偏，當發(fā)生雙向跑偏時，左右傳感器都會有信號輸出。171fi2#右口口□□□□左□□1#2#圖4.1跑偏傳感而女裝圖打滑監(jiān)測原理及方法對于打滑故障的來說，當驅動滾筒正常運轉時，輸送帶的速度明顯發(fā)生減速，就說明輸送帶發(fā)生打滑現(xiàn)象。所以，對皮帶的速度進行實時監(jiān)測，觀察皮帶速度的變化，便能間接反應打滑故障。由于皮帶在運行時，其各個點的速度在某一時刻不同，因為皮帶的速度是在各個質點間傳遞的過程。因此，通過監(jiān)測一小段距離的平均速度來代替其上各點的速度。查閱資料發(fā)現(xiàn)監(jiān)測皮帶速度的方法有：其一是直接對電動機的轉速情況進行監(jiān)測，然后將傳動比和滾筒直徑帶入公式，對帶速進行間接計算；其二是對滾筒的速度進行測量后計算出帶速。此類方法的設計理論存在漏洞，測量出的帶速值誤差太大。因此，通過改進后本設計采用光電傳感器和組態(tài)軟件相結合的方法對帶速進行監(jiān)測，從而對打滑故障進行監(jiān)測。具體的測量方法如下：在皮帶側面等間距涂抹黑白色塊，同時將色塊的距離都定為10cm,為達到工作原理的要求，方便產(chǎn)生信號，白色塊表面涂比較光滑的材料，黑色塊涂比較粗糙的材料。當光照射到色塊表面時，黑色部分接收的光大部分被吸收，白色部分的光吸收的較少，這樣便能達到信號收集的條件。傳感器將收集到的信號，經(jīng)過中間處理過程后用采集卡進行采集，傳入工控機后，由V=S/t計算出速度，用組態(tài)王軟件進行狀態(tài)判斷，當發(fā)生打滑時，進行報警和停機操作縱向撕裂監(jiān)測原理與方法在運行過程中，當皮帶發(fā)生縱向撕裂時，在撕裂部分下端肯定會有輸送物料存在。由這種現(xiàn)象可以對監(jiān)測原理進行設計，通常情況下將傳感器可裝在靠近落料口端的皮帶下方，用傳感器對上方皮帶進行檢測，觀察有無輸送物料從上端落下。當其處于正常的狀態(tài)時，傳感器的發(fā)射端和接收端之間無異物存在，發(fā)出的信號能夠被穩(wěn)定接收,有高電平信號產(chǎn)生。但是當其產(chǎn)生故障時，兩端之間有異物存在，對射式傳感器產(chǎn)生的發(fā)射信號不能被另一端收到，有低電平信號產(chǎn)生。此原理就是判斷輸出信號的特征來監(jiān)測是否有縱向撕裂事故發(fā)生。當對傳感器進行安裝時，主要考慮以下兩個方面：實際監(jiān)測的距離不能超出傳感器的監(jiān)測范圍；傳感器之間的安裝距離不能太近防止相互干擾。一般安裝在上行皮帶與下行皮帶之間。圖4.2縱向撕裂傳感器安裝圖

.監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計本論文提出了基于組態(tài)王軟件的帶式輸送機實時監(jiān)測系統(tǒng)的設計。硬件部分的主體構成為對射式光電傳感器、漫反射式光電傳感器、工控機、數(shù)據(jù)采集卡等。在這些硬件中，主要由傳感器對各種輸送機故障信號進行采集，經(jīng)過采集卡將信號轉化為數(shù)字信號傳到工控機后，由組態(tài)王軟件完成實時監(jiān)測。框圖（5.1）如下：監(jiān)測界面的設計組杰軟件開發(fā)平臺工控機圖5.1監(jiān)測系統(tǒng)總體框圖設備驅前程序監(jiān)測界面的設計組杰軟件開發(fā)平臺工控機圖5.1監(jiān)測系統(tǒng)總體框圖設備驅前程序帶式輸送機傳感器信號處理pel818國據(jù)采集卡監(jiān)測跑偏、縱向撕裂的傳感器本文選用型號為E18-T3N1的對射式光電開關，選用這種類型的傳感器在對輸送帶進行監(jiān)測時，不會與皮帶發(fā)生接觸，監(jiān)測精度高、使用方便。其構成分為兩部分：發(fā)射器和接收器。工作過程為：正常工作時，光線從傳感器的發(fā)射端發(fā)出后接收端能順利的進行接收；但當輸出光線被物體遮住時，則接收端感受不到光線。光電傳感器立即輸出信號。20圖5.2對射式光電開關對射式光電開關E18-T3N1參數(shù)如下：檢測距離：10m工作電壓：6?36VDC;工作電流：20mA;響應時間：5ms；輸出方式：NPN常閉型；溫度范圍：-200?80°此型號傳感器長度60mm,直徑16mm。對傳感器進行安裝時，首先將支架固定在輸送機的機架上，支架設計為U型，在上下兩端開兩個孔，將傳感器輸出端、接收端插入孔中固定。安裝時要注意上下對齊，相鄰傳感器左右相距15cm進行安裝。監(jiān)測打滑的傳感器對于打滑故障的監(jiān)測，本設計使用型號E18-D80NK的漫反射式光電開關。該傳感器的發(fā)射和輸出端集成在一起。工作原理為：發(fā)射端發(fā)出的光線會經(jīng)過被測物反射后被接收端收到。由于皮帶側面經(jīng)過特殊處理，在運行時，由于黑白色塊的反光強度不同，黑色表面的反光強度比白色表面弱。21當被測物質反光強度較低時，也就是說發(fā)射出的光線被吸收了，只有很少的一部分或者沒有反射光線，此時，接收端就無信號輸入；與此相反，物質的反光強度較高時就能收到信號。圖5.3漫反射光電開關漫反射式光電開關E18-D80NK參數(shù)如下：檢測距離：80cm工作電壓：10?30VDC;工作電流：10mA;響應時間：3ms；輸出方式：NPN常閉型；溫度范圍：-25?70°數(shù)據(jù)采集卡的選擇傳感器傳出的信號一般都要經(jīng)過處理后，再傳入數(shù)據(jù)采集卡進行采集。設計中使用的相同型號傳感器數(shù)量比較多，所以要對輸出的光電信號進行隔離處理。同時，監(jiān)測打滑傳感器輸出的脈沖信號要進行整形。在監(jiān)測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集卡是主要的中間設備，要將傳感器輸出的信號順利的傳到計算機，就必須要將信號通過數(shù)據(jù)采集卡后才能方便計算機接收。在選型時主要考慮22通道的個數(shù)、采集信號的特征、支持的軟件平臺等。本設計使用的是研華生產(chǎn)的型號為PCL-8181作為數(shù)據(jù)采集卡圖5.4pcl-8181數(shù)據(jù)采集卡其性能參數(shù)如下：16路單端輸入或者8路雙端模擬量輸入通道；(2)每個輸入通道的增益可編程；(3)12位A/D轉換率；(4)采樣頻率40KHz;(5)16路數(shù)字量輸入通道，16路數(shù)字量輸出通道；(6)1路12位轉換率模擬量輸出通道；(7)支持軟件、外部、內部的同步觸發(fā)；(8)1路16位定時/計數(shù)器；(9)輸入信號范圍：雙極性時：-10V?+10V,-5V?+5V,-2.5V?+2.5V,-1.25V?+1.25V或-5V?+5V,-2.5V?+2.5V,-1.25V?+1.25V,—0.625V?+0.625V工控機數(shù)據(jù)采集卡在使用時，要將其插入工控機的ISA接口才能完成工作，在選擇后考慮使用研華的IPC610MB-L工控機完成監(jiān)測。整體結構包括：主板、處理器、內存、操作系統(tǒng)、機箱及其它外圍設備組成。該設備插槽抗震性能強、系統(tǒng)穩(wěn)定、散熱速度23快、惡劣環(huán)境下也能穩(wěn)定工作，特別適合煤礦開采行業(yè)的使用。硬盤大小500G最大支持4G內存，6端USB接口，10個ISA總線接口，4個PCI總線，工作環(huán)境0°到80°。小結首先闡述了監(jiān)測系統(tǒng)的總體軟件、硬件方案。通過實際運行情況選擇監(jiān)測跑偏、打滑、縱向撕裂的傳感器，對傳感器型號進行確定，介紹傳感器的性能參數(shù)。然后對數(shù)據(jù)采集卡、工控機的型號進行確定，介紹性能參數(shù)。.監(jiān)測系統(tǒng)軟件的設計監(jiān)測軟件一組態(tài)王開發(fā)者首先設計出一個軟件平臺，對其基礎功能進行開發(fā)。然后，使用者根據(jù)自己的設計要求，對該平臺進行近一步的開發(fā)，這個開發(fā)平臺就是組態(tài)王。組態(tài)王的結構有多種劃分原則，有開發(fā)階段可劃分為：系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境、系統(tǒng)運行環(huán)境。監(jiān)測界面的設計帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)的設計是基于kingview來完成的。所有的開發(fā)界面用框圖可表小為圖6.1所?。簣缶翱诮缑鎴缶翱诮缑鎴D6.1監(jiān)測系統(tǒng)界面框圖(1)主監(jiān)測界面25

主監(jiān)測界面對輸送帶跑偏、縱向撕裂開關進行監(jiān)測，同時對帶速進行監(jiān)測。當開關斷開時發(fā)出報警。設計界面如圖6.2所示：圖6.2主監(jiān)測界面(2)登陸界面當監(jiān)測系統(tǒng)打開后，會自動彈出登錄界面，本系統(tǒng)登錄界面如圖6.3所示，界面主要有：用戶登錄、用戶管理、登錄系統(tǒng)、退出系統(tǒng)四個按鈕，按下按鈕進行相應的操作。在組態(tài)王平臺中，用戶管理可定義使用者的用戶名、用戶密碼，此外也可對優(yōu)先級和安全區(qū)進行設置。若使用者在登錄時，他的優(yōu)先級比登錄按鈕的低或他的安全區(qū)沒有包括在登錄按鈕的范圍內時，則不能完成登陸。退出按鈕用于退出系統(tǒng)。圖6.3登錄界面25

(3)技術參數(shù)界面帶式輸送機技術參數(shù)界面如圖6.4所示，包括輸送帶參數(shù)、滾筒參數(shù)、輸送功率月廿普HJT牙南網(wǎng)匚m馬制zJIm■wnsa-Ri帶式輸送機監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)一技術參數(shù)返回主瓶涮界面TM5里逋用帝式軸送機|[)75TM5里逋用帝式軸送機|[)75型帶式輸送機功率選里表面式斷形帶速帶寬(ms)5006508001000輸送能力G(t/hrzq槽型1.0971692782.0191323546853平行1.052881472302.01031742甘9451長度(m)451002OT傳動漆筒直故ran)帶寬500L73.2S.(1500(皿1)毓02.44.61L5630SOO3.69.717.5800(630)環(huán)境使用溫度-10。、+40"輸送傾角(TT物料堆積角30u圖6.4技術參數(shù)界面(4)數(shù)據(jù)報表界面數(shù)據(jù)報表界面如圖6.5所示，由圖可知界面由報表窗口、打印按鈕、打印預覽按鈕、保存按鈕、讀取報表按鈕和下拉列表框組成，按下保存按鈕后，當前報表將自動保存到相應的文件夾，報表可以保存為組態(tài)王文件即.rtl格式或彳^存為excel文件即.xls格式。文件名稱是以保存時的時間命名的，這樣命名方便于讀取查詢。對某一時刻的報表進行查詢時，可按下讀取報表按鈕，由文件名選擇要打開的報表，確定后會在報表窗口中打開如圖6.6所示。27

圖6.5數(shù)據(jù)報表界面(5)報警界面設計要完成對所有變量的故障報警以及顯示到報警界面上，第一步要定義一個報警組，該報警組可劃分為跑偏報警、打滑報警、縱向撕裂報警三部分。定義報警組的作用是，在設計界面時，避免其它報警組的影響，方便后期直接查看。定義過程如圖6.7所示:圖6.7定義報警組名28

在完成第一步組名定義后，第二步對所有變量的報警屬性進行定義，例如以監(jiān)測

輸送帶跑偏的開關信號進行說明，定義開關信號報警屬性界面如圖6.8所示，組名為跑偏報警，優(yōu)先級默認為1,優(yōu)先級是指當前報警事件的級別，更方便工作人員對報警事件的強弱程度進行判斷。開關量屬于離散報警，定義關斷時（0）進行報警。圖6.8報警屬性定義組態(tài)王在運行時，若輸送帶發(fā)生跑偏故障時，開關量發(fā)生變化，產(chǎn)生報警，然后信息便記錄到報警窗口上，如圖6.9所示：29

帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)報警界面(6)歷史數(shù)據(jù)查詢界面帶式輸送機監(jiān)測系統(tǒng)報警界面歷史數(shù)據(jù)庫的設計過程，第一步要對歷史庫進行配置，如圖6.10所示，首先要對數(shù)據(jù)保存的天數(shù)進行定義，時間區(qū)間為1?8000,當達到設定值時，系統(tǒng)會自動對早期的記錄進行清除；然后，選擇歷史庫的存儲路徑和磁盤空間的大小?！把竚n才華時田史家依記錄■選擇當前記錄山上酉福MBS布萬史府廣工」匿事出■三圖6.10歷史庫配置gg即.一圖6.10歷史庫配置gg即.一圖6.11記錄屬性設置在結束對歷史庫和歷史記錄方式的定義后，下一步是對歷史數(shù)據(jù)進行查詢。在進行歷史數(shù)據(jù)的查詢時，需用應用查詢函數(shù)ReportSetHistData2如圖6.12所示，點擊查詢歷史數(shù)據(jù)按鈕時，界面會出現(xiàn)報表歷史查詢對話框，選擇起止時間和間隔時間，最短間隔時間為1秒，然后選擇需要查詢的歷史變量，如圖6.13所示，點擊歷史庫變量按鈕，彈出變量屬性對話框，從“記錄的變量”框里選擇需要查詢的歷史變量，并添加到“選擇的變量”框中，點擊確定完成歷史數(shù)據(jù)的查詢功能。

圖6.12日期時間查詢帶式輸i查詢厲史數(shù)據(jù)y3￡h->#K>tWi陰融■CW9應衛(wèi)軍HfcrEEfltff小相上點二\L3MS>mbBwBwrwi個查詢厲史數(shù)據(jù)y3￡h->#K>tWi陰融■CW9應衛(wèi)軍HfcrEEfltff小相上點二\L3MS>mbBwBwrwi個*同立*s七名工--15”…15/*..r15/f...Ib/V.i.亮也ir153…1孫L153…15/41..lE/a,IP1”■…W?…15/1...叫員s.&.dolo.da.dQLdclaLLLLLLLL

lEltultlsls珞巧3珞151S爵ISlfialslsialslfrH嗎到Fiu的圖6.13選擇查詢變量監(jiān)測軟件與外部設備的連接外部設備即向組態(tài)王軟件輸入數(shù)據(jù)的設備，軟件將其劃分為五部分：變頻器、板卡、智能模塊、plc、智能儀表。組態(tài)王要想成功與外部設備進行連接，首先必須在軟件上安裝設備的驅動，同時對該設備進行定義，然后才能進行組態(tài)王與設備之間的數(shù)據(jù)交換。32

定義I/O設備數(shù)字采集卡pcl-818l的定義過程如下：(1)在組態(tài)王工程瀏覽器界面左側找到“設備”在設備下屬菜單內找到“板卡”點擊，然后，點擊右側出現(xiàn)的“新建”圖標，會彈出一個對話框，如圖6.14所示圖6.14連接外部設備(2)依次點擊“板卡/研華/pcl-818l”，點擊下一步，出現(xiàn)一個對話框如圖6.15所示，需要你對設備名稱進行定義。設備配置向導——邏輯名稱普皚要安裝打餐備至定埴一的逑量W普皚要安裝打餐備至定埴一的逑量W程陽設備廠指定冗安設備w上T[的|下—(H)/]就肖圖6.15外部設備名稱(3)對設備定義名稱，輸入“pcl-818l”點擊下一步，出現(xiàn)一個對話框如圖6.16所示，需要你對設備的地址和初始化字進行定義。31

設備配置向導——板卡地址。(16招」i罰站牝手你將要安裝的為板卡r請砥夜卡的他也茄培化字以及郎單(16招」i罰站牝手宙單能廠取巔w上T[的|下—(H)/]就肖圖6.16外部設備地址定義(4)板卡PCI-8181地址格式為XXX,應用軟件幫助功能，查詢板卡PCI-8181地址范圍為000H-3F0F定義單端輸入。(5)由實際情況，定義PCI8181采集卡為單端，填寫設備地址為300,點擊下一步，彈出一個對話框如圖6.17所示，需要對信息進行確。35

設備安裝向導——信息總給仁汗要安裝的設備售息:設備信息野設備■為陰華生產(chǎn)的PCL91SL.板卡喇；設備信息野設備■為陰華生產(chǎn)的PCL91SL.板卡喇；2g板卡初始化/A.-0*±-^(8)劭|晚肖圖6.17外部設備定義完成(6)復查安裝設備的信息，確定沒有錯誤后，點擊“完成”，這時就成功對設備PCI-8181進行定義。定義數(shù)據(jù)庫變量在軟件的工程瀏覽器界面左面找到“數(shù)據(jù)庫”，在其下屬菜單中找到“數(shù)據(jù)詞典”點擊，然后，點擊右側的“新建”，會彈出一個“定義變量”的對話框，對變量進行定義。我們以監(jiān)測打滑的開關量為例，完成對變量報警定義、基本屬性、記錄和安全區(qū)的定義如圖6.18所示。36

圖6.18變量屬性定義監(jiān)測跑偏的開關量為I/O離散類型，連接設備即已定義的PCI-8181,寄存器名稱為DIdd,經(jīng)過分析選擇寄存器為DI01,表示監(jiān)測跑偏的開關量由第01通道輸入。對于開關量要對話框“基本屬性”中初始值進行設置，這里我們設為“開”。下一步進行“報警定義”如圖