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带式输送机安全监测系统的可行性分析研究

文档作者：王哲文档来源：晋能控股煤业集团挖金湾煤业有限公司		点击数：	更新时间： 2025年10月03日
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自动化系统设计
2023年第6期 Mechanical Managementand Development No.6, 2023
总第242期 机械管理开发 Tota2l 42
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2023.06.078
带式输送机安全监测系统的可行性分析研究
王哲
（晋能控股煤业集团挖金湾煤业有限公司， 山西大同037001)
摘要：为保证带式输送机安全可靠运行，设计研究了矿用带式输送机的安全监测系统功能架构，并构建了无线与
有线相结合以及具有移动巡检、分布式监测分站的通信网络和监测主站的主从式监测系统。通过系统软硬件结合，
使系统能够对带式输送机运行状态进行实时监测，并重点对监测系统的主站监测管理程序进行实验模拟测试，结
果表明，该矿用带式输送机安全监测系统能够达到设计要求。
关键词：矿用带式输送机；安全监测；移动巡检；无线通信
中图分类号：TD528.1 文献标识码：A 文章编号：1003-773X(2023)06-0194-02
0 引言
带式输送机是输送散装物料的主要机械设备"，
其中，挠性输送带是物料的主要输送件和承载件，通
过驱动滚筒带动输送带，并利用摩擦驱动作用对散装
物料实现连续运输[2],因此输送机具有输送能力大、
对物料适应性强、连续运输、运行可靠、功耗小等优点3，
主要应用于煤矿的采掘、运输和加工等过程中，能够
适应各种复杂的工作环境，已经成为煤矿目前最为理
想的运输设备[4]。带式输送机的工作原理是：通过传
动、尾部滚筒，输送带形成无极环形带，并利用托辊来
对上下输送带进行支撑，同时利用张紧装置为输送带
提供所需的张力[5]。所以，在输送机运行时，是通过驱
动装置中输送带和传动滚筒间的摩擦力驱动输送带
运行，并带动输送带上的煤炭物料和输送带一起动作，
实现将煤炭物料从一个地方输送到另一各地方[6。但
是，由于输送机在设计上的不足会导致输送机打滑、
跑偏、甚至爆炸等安全事故的发生，需要从本质上使
输送机的安全性能提高[7]。所以，为使带式输送机始
终能够安全可靠地运行，设计研究了矿用带式输送机
的安全监测系统功能架构,并构建了无线与有线相结
合以及具有移动巡检、分布式监测分站的通信网络和
监测主站的主从式监测系统，并对其可行性进行研
究，大幅提高带式输送机的安全运行度。
1 安全监测系统的分析设计
为快速完成对带式输送机驱动部分、输送带、托
辊与机架等故障的有效监测,对矿用带式输送安全监
测系统功能架构进行设计，图1为输送机安全监测系
统功能架构图。
图1中，输送机安全监测系统组成部分有安全监
测管理主站、安全监测分站、通信网络。通过两种方式
来全面获取输送机的运行相关信息，一是以巡检的方
式通过人感官获得；另一种是利用传感器，由原被测
物理量转换为电量信号。所以，为实现信息的转换，还
矿用带式输送机安全监测系统
通信安全监测分站安全监测管理主站
分布式监测分站移动巡检分站
故障判断报警数据曲线显示数据存储查询
维修建议
打滑纵向跑偏胶带托辊危险巡检位置置
断带撕裂堆煤着火温度气闲故障障信
监测监测监测监测检测检测菜集
图1 安全监测系统功能架构图
建立了移动巡检分站和分布式监测分站，其中，对于
移动巡检分站主要用于收集输送机沿线托辊的温度
以及监测掘进作业面中的CO2、瓦斯、CO等危险气体
的浓度，同时采集人的感官，以此来快速对故障现象
和位置信息进行获取；而对于分布式监测分站主要对
输送机沿线的传感器信号进行收集，便于监测输送机
常见的一些故障，如堆煤、打滑、跑偏等。最终经通信
系统，将分站采集到的信息传输给主站，并对数据进
行分析和处理，实现故障报警、数据显示、存储和查询
等功能。
1.1 监测系统硬件设计
安全监测系统有两种信息采集方式，即固定传感
器和移动巡检，其中固定传感器的安装位置比较分
散，其分布式监测分站是各布置一个传感器在机头、
机尾和中间的位置。所以，鉴于传感器的安装位置，位
于机头处的监测分站重点对对跑偏、编码器、温度、烟
雾和堆煤等传感器的信号进行采集；位于机尾处的监
测分站重点对测力、漏料、编码器、跑偏和堆煤等传感
器的信号进行收集；而位于中间位置处的监测分站重
点对拉力和跑偏传感器的信号进行采集。此外，对于
移动巡检分站，其重点是用来采集温度和气体传感器
的信号。下页图2为系统硬件结构图。
下页图2中，安全监测系统组成部分有分布式监
测和移动巡检分站、传感器组、监测主站、通信设备
收稿日期：2022-04-29
作者简介：王哲（1995一），男，山西大同人，本科，毕业于太原理工大学现代科技学院，助理工程师，研究方向为矿山信息和智能化。
2023年第6期 王哲：带式输送机安全监测系统的可行性分析研究 ·195.
主站
CAN总线() （
无线接收装置
无线传输
() ()
机尾分布式中间分布式机头分布式
监测分站监测分站监测分站
个移动巡检分站
编码器
跑偏传感器测力传感器漏料传感器堆煤传感器张力传感器跑偏传感器
编码器编码器
跑偏传感器温度传感器烟雾传感器堆煤传感器
图2 安全监测系统硬件结构图
等，本文采用有线和无线相结合模式对主站和分站的
数据信息进行传输。通过无线方式，将各分站采集到
的被测量信息汇总至无线网站，再通过CAN总线[8]
传输给主站完成故障分析。
1.2 监测系统软件设计
鉴于上述对监测系统硬件的设计，需结合相应的
软件，才能实现监测系统功能。本文将主要对主站监
测管理程序进行设计。
对于主站监测管理，其运算处理中心是采用工控
机，并结合LabVIEW[9-10]来处理和分析检测信息，设
计出具有人机界面的安全监测管理系统。监测管理程
序主要有用户登录、数据读取、存储与查询、参数设
置、安全监测及系统帮助等模块，其中，对于用户登录
是限制和管理系统使用者；对于数据读取和参数设置
是检测管理系统功能实现的基础，有输送机故障报警
阀值、结构尺寸相关参数、串口通信参数等设置参数；
对于数据读取是对来自串口传输的监测数据进行读
取；对于安全监测是分析和判断各种故障，并通过显
示相关参数值与曲线来显示故障情况；对于数据存储
与查询是存储有关历史数据和故障信息，同时提供查
询功能；对于系统帮助，有系统的故障维修建议以及
使用说明，图3为主站监测管理程序架构。
2 安全监测系统的可行性分析
为得到安全监测系统的可行性和可靠性，通过模
拟实验进行测试，并对主站监测管理程序进行测试和
验证。模拟当输送带在正常工况运行时，由于张力的
不足造成CO,浓度超限以及输送带出现打滑两种现
象，并对管理程序进行监测，验证其是否能达到设计
要求。
实验中，当带式输送机正常运行时，额定带速是
2.5m/s，头尾改向滚筒直径均是0.8m，两个传动滚筒
登录系统
参数设置数据读取安全监测模块状态显示数据存储与查询
输送机参数
报警门限
审口数据读取
数据包解析故障分析故障报警实时数据实时曲线
历史监测参数
历史故障
退出系统
图3 主站监测管理程序架构
直径均是1m。从带式输送机正常运行时的界面显示
情况可以看出，输送带滑差率和张力大小都在可以控
制的范围内进行波动，且各项参数都显示正常，没有
报警。
实验中，当出现张力不足，导致输送带打滑和
CO2浓度超限时，滑差率不断增大，且超出一级打滑
下限；而张紧力曲线则出现下滑情况，并逐渐达到张
紧力的下限；张力不足、CO2浓度超标指示灯亮，同
时，打滑指示灯也亮并显示故障，其余参数都显示正
常。这就表明主站监测管理程序可对故障进行监测和
报警,并显示对应的数据。
3结语
为保证带式输送机安全可靠运行，本文设计研究
矿用带式输送机的安全监测系统功能架构，并构建了
无线与有线相结合以及具有移动巡检、分布式监测分
站的通信网络和监测主站的主从式监测系统。最后，
通过系统软硬件结合，使系统能够对带式输送机运行
状态进行实时监测，并重点对监测系统的主站监测管
理程序进行实验模拟测试，结果表明，该矿用带式输
送机安全监测系统能够达到设计要求。
参考文献
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（下转第198页）
1
（编辑：王慧芳）
上接第195页
Rese vor
（编辑：李俊慧）
.198· 第38卷
机械管理开发
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量控制下的转矩脉动较明显，脉动幅度较小，在大约
为0.15s的时间内转矩达到最大值随后降低到最小
并逐渐趋于稳定状态，当受到外部干扰时，转矩变化
非常明显。由此可以看出，直驱系统在进行控制的过
程中会存在较大的速度脉动和转矩脉动，为了保证运
行的平稳性，需要使用变频器进行控制并优化控制算
法，实现平稳启动和运行。
4 现场应用与效果分析
对本次提出的矿用带式输送机直驱系统，该系统
运用变频器控制启动，能实现系统传动的缓慢匀速启
动，避免了电机启动的瞬间大电流给电网带来的冲
击，以及转矩瞬时剧增给传动系统带来的机械冲击，
由此降低了系统的电网故障和机械故障，同时由于比
原系统减少了液力偶合器及减速器，在维修费用上每
年至少可节约3万元，从而降低了维护成本。采用永
磁直驱滚筒带式输送机可以有效节省减速器、制动器
和联轴器等部件，大大降低设备的制造成本，同时也能
够降低设备的故障率,基本上不需要进行维修。目前，
传统的带式输送机都需要配备工人进行维护，使用永
磁直驱滚筒后每年可以节省至少190万元的维修成
本，减少设备的维护量和耗材量，并且控制系统采用软
启动控制，保证启动平稳高效，做到免维护。
5 结语
针对传统的矿用带式输送机驱动系统采用电动
机、减速器和联轴器等部件连接导致传动系统复杂、
传动效率低、机械效率低、耗能较高等问题，本文提出
了一种永磁直驱滚筒带式输送机，从而将电能直接转
变为机械能，节省了电动机、联轴器和减速器等部件，
缩短了传动链，使得最终传动效率大大提高，并采用
软启动变频器，使得整个系统的启动过程更加快速，
带式输送机的运行更加平稳，冲击更小。通过现场应
用验证了方案的合理性，总的传动效率达到了93%，
综合节能效果提高了25%左右，降低了电能的损耗，
大大节省了企业的维修成本,取得良好的应用效果和
经济效益。
参考文献
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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] 张宏.煤矿安全监测与监控技术[M].徐州：中国矿业大学出版
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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