带式输送机监测系统设计.docx
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带式输送机监测系统设计
带式输送机监测系统设计
任务书
1.课题意义及目标
学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，根据带式输送机的实际工况，对其某些部位进行实时监测，并实时显示，实现故障的提前预知，从而避免事故的发生，这为学生在毕业后从事带式输送机技术工作打好基础。
2.主要任务
（1）文献查阅；
（2）编写毕业设计开题报告；
（3）根据带式输送机现场工况，确定被监测参数；
（4）监测系统总体方案设计与实现；
（5）分析选择合适的计算机系统，进行监测系统的软硬件设计；
（6）监测系统应具有的功能：
a.被监测参数显示；
b.当被监测参数超限时，可进行声光报警；
c.对被监测参数的极限值可进行设置和更改。
（7）撰写毕业论文。
结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；格式符合机械工程系学位论文格式的统一要求。
3．主要参考文献
[1]陈强.机械系统的微机控制[M].北京：
清华大学出版社，1998.
[2]何希才.传感器及其应用电路[M].北京：
电子工业出版社，2001.
[3]于学谦.矿山运输机械[M].徐州：
中国矿业学院出版社，1989.
[4]喻萍郭文川.单片机原理与接口技术[M].北京：
化学工业出版社，2006.
[5]刘建永.矿井提升机监控系统的分析和设计[D].北京：
中国地质大学，2009.
4、进度安排
设计各阶段名称
起止日期
1
查阅文献，了解研究目的意义，完成开题报告
3月3日～3月23日
2
广泛阅读相关文献，制定监测系统总体方案
3月24日～4月13日
3
完成监测系统硬件设计，完成中期检查
3月24日～4月13日
4
完成监测系统软件设计
5月5日～6月1日
5
撰写毕业论文，准备答辩
6月2日～6月22日
*******
带式输送机监测系统
摘要：
带式输送机由其性能的优越性被广泛应用于矿山、港口、工厂生产等领域，其有别于其它运输机器的特点是运输距离长、输送速度快、输送量大，可对多种类型的物料进行连续运输。
带式输送机作为连续工作的设备，若一旦出现打滑、跑偏、纵向撕裂等故障，将迫使企业停止生产，大大降低了生产效率，严重时会导致人员伤亡和机器报废。
所以，为减少不必要的经济损失和人员伤亡，对带式输送机监测系统进行研究是非常重要的。
本设计阐述了对带式输送机进行故障诊断的目的和意义，简述了带式输送机的基本结构和工作原理，论述了带式输送机的故障机理，提出了新的监测原理和方法。
最后，完成对监测系统总体方案的设计，在硬件方面由实际情况和监测原理选择合适的传感器，通过分析比较选择光电传感器完成对各个故障信号的采集，然后，由输送机结构尺寸和监测需要，对传感器的安装位置进行选择。
由传感器收集到的信号进行初步采集后，传入数据采集卡，经过处理后使其成为工控机易于接收的信号，通过组态王软件，达到故障报警、实时显示、生成报表、打印、报表存储等目的。
本文设计出的基于组态王软件带式输送机监测系统，通过调试运行可知，系统界面显示信息简洁明了，同时对故障情况能够达到实时监测显示，方便技术人员对运行状态进行分析，当有故障发生时能及时维修处理。
关键词：
带式输送机，监测系统，组态王
DesignofMonitoringSystemforBeltConveyor
Abstract：
Theadvantagesofbeltconveyorbyitsperformanceiswidelyusedinmining,port,factoryproductionandotherfields,apartingfromothertransportationmachine’characteristicsarebylongtransportdistance,fasttransportandlargetransportcapacity,anditcancontinuoustransportationevenifcancarryonformanykindsofmaterials.Beltconveyerasthecontinuousworkingequipment,ifitonceappearedskid,deviation,longitudinaltearingfault,Enterpriseswillbeforcedtostopproductionandproductionefficiencyisgreatlyreduced,underseriouscircumstances,itcancauseseriouscasualtiesandmachinesscrapped.Therefore,inordertoreduceunnecessaryeconomiclossesandcasualties,itisveryimportanttostudythemonitoringsystemofbeltconveyor.
Thepurposeandsignificanceoffaultdiagnosisforbeltconveyorsaredescribedinthisdesign,andthebasicstructureandworkingprincipleofbeltconveyorareexpounded,Inaddition,thefailuremechanismofbeltconveyorisdescribed.Thenewmonitoringprinciplesandmethodsareproposed.Finally,Theoverallschemeofthemonitoringsystemwasdesignedandcompleted,Intheaspectofhardware，Ichoosetherightsensoraccordingtotheactualsituationandthemonitoringprinciple. Bycomparisonandanalysis,thefaultsignaliscollectedbyphotoelectricsensor.Then,bytheconveyorstructureandmonitoringconditions,theinstallationpositionofsensorisdetermined.Thesignalsarecollectedinitiallybythesensor,nextthedataisafferentdataacquisitioncard,thenitcanbereceivedwhichIPCiseasytoaccept.Finally,Thesystemcanachievefaultalarm,real-timedisplay,generatereports,print,reportsstoragepurposesbyKingviewsoftware.
BeltconveyormonitoringsystemthatisdesignedinthispaperisbasedontheKingviewsoftware.Itwasfoundthattheinformationcanbeclearandconcisedisplayedinthemonitoringsysteminterfacethroughthetestandoperation.Moreoverfaultconditionscanbedisplayedinrealtime.Itismoreconvenienttoanalyzetherunningstatefortechnicalpersonnel.Whenthebeltconveyoroccursafault,itcantimelymaintenance.
Keywords：
Beltconveyor,Monitoringsystem,kingview
1.绪论
1.1课题研究的背景和主要意义
在国民日常生活和国家经济建设中，对各种能源的需求量非常大，而在对各种能源的使用中，对煤炭的开采和使用量是最大的。
虽然，煤炭总的价格曲线是在下降的，但是，其总的开采量还是非常大的，在这种情况下就容易导致在开采过程中发生事故，造成经济损失和人员伤亡。
所以作为机械相关技术人员，考虑如何进行安全高效的开采和运输，是当前主要需解决的任务。
由于带式输送机的运输能力强，其可以对沙石、煤炭等散装物品进行运输，同时对整件物品也可进行运输。
除此之外，还拥有运输距离远、运输量大、运输阻力低、运输平稳、对运输物品的损伤低、以及可进行连续运输的特点。
所以，带式输送机可作为主要的矿用机械设备。
随着科学技术的高速发展，煤炭开采技术也进行着不断的发展和提高，带式输送机的输送量和运输能力也得到了进一步的发展和提高。
原有监测输送机运输状态的系统已经不能满足工作需求，这时就要我们提出新的监测技术来实现对现有的输送机工作状态进行实时监测。
通过对带式输送机进行在线实时监测和故障诊断，将有助于提高带式输送机工作的稳定性、减少机器零件的磨损和整个机器的使用寿命。
由于矿用带式输送机能更好的适应恶劣的煤炭开采环境，所以矿用带式输送机可作为主要的煤炭开采运输机械设备。
虽然，输送机的型号多种多样，但是，其在运输过程中出现的故障相似，主要都是打滑、跑偏以及纵向撕裂。
所以，要保证带式输送机正常运行，主要是完成对这些故障的监测。
目前国内大部分煤炭开采企业对带式输送机的监测方法大部分是经过周期性的定期监测维护来进行的，技术人员发现长期使用这种方法对带式输送机运行状态进行监测，存在误差有着很大的监测缺陷。
因为应用这种监测方法往往是带式输送机首先出现了故障状态，然后，技术工人才会去对故障进行抢修，这种监测方法不能预防故障的发生，总是“发生故障——进行维修”这样的恶性循环。
只是依靠事后的抢修是不能有效地确保矿用带式输送机稳定运行的，如果其在运输过程中突然出现故障，对于技术工作人员来说，是比较麻烦的。
除此之外，定期的对输送机进行拆装维护，可能对机器存在一定的损害。
经常周期性的进行定期的维护和维修往往会造成“过剩维修”和“维修不足”，“维修不足”也就是说在设备没有达到定期维修的时间，就已经出现故障，也会发生突发性的不定期故障，煤矿大型机器设备经常会发生这种故障，带式输送机发生这种故障不仅影响到煤矿开采的效率，严重时可造成人员伤亡和重大经济损失；“过剩维修”是指设备到了周期性维修时间点，可设备还处于正常安全的工作状态，却要进行周期性的监测和维修，这样就会造成不必要的浪费，影响生产效率。
那么为了达到使输送机安全和稳定运行的目的，这种“定期性监测维修”的方法明显不能满足煤矿开采企业高效安全生产的需求。
由于，当前矿用带式输送机的发展方向都是朝着功率大、速度高、运输距离长和较高的运输稳定性，那么，就急需技术人员对落后的带式输送机在线实时监测系统进行改进和发展，来满足输送机不断发展的现状。
随着当前监测设备的不断发展和各种编程软件、图形化处理方式的出现，使矿用带式输送机达到在线实时监测，得以更好地实现。
本文研究的目的和意义在于：
在监测硬件的选择上，采用先进的光电式传感器对信号进行采集，提出了基于组态软件的带式输送机监测系统。
采取先进的硬件监测设备和组态软件相结合的监测方案，利用组态王软件的优势：
应用其强大的数据处理能力和自动化程度高以及采集速度快的特点，使得这种结合组态软件的实时监测系统，能够对带式输送机运行情况进行精确、快速的监测，保护机器的正常工作。
对于输送机在运行过程中主要出现的故障:
输送带打滑、跑偏以及纵向撕裂，课题所研究幵发的带式输送机监测系统，可以完成对输送机这些故障的在线实时监测。
本课题所研究的基于组态软件的监测系统，方便工作人员对带式输送机的运行情况进行随时了解和查询。
这种监测方案在监测精度和效率方面，完成了很大的提高，并且提供了充分的依据，在后期带式输送机系统性能分析方面。
当有故障出现时，系统能够及时发现，发出报警甚至停机，为防止事故发生，降低经济损失，具有重大意义。
1.2国内外研究现状
查阅相关国内外文献发现，对于带式输送机监测系统的研究，除了对带式输送机监测系统设计的研究，还有对输送机打滑、跑偏以及纵向撕裂等故障监测原理和方法的研究。
（1）监测纵向撕裂故障的研究现状
当前国内外在监测输送带纵向撕裂研究领域，方法多种多样，但主要包括两大部分：
接触式测量法和非接触式测量法。
二者相比接触式出现的时间比较早，应用机械装置来达到监测的目的，但是由于接触式监测方法的精度不高，逐渐被人们所放弃，后来，经过设计研究后，主要以非接触式监测方法为主。
据了解日、英、澳等国家在二十世纪七十年代左右先后在超声波探伤检测器领域有所突破。
纵观国内带式输送机监测领域发展状况，由于煤矿生产环境的特殊性，钢丝绳芯带式输送机被很多煤炭开采企业所使用，这样就导致纵向撕裂事件常常发生，国内大量的研究人员主要对纵向撕裂故障的预防和监测进行了深入的研究，获得了突破性的进展。
除了位于唐山的工业自动化研究所之外，上海煤炭研究分院关于监测纵向撕裂故障的装置也取得了国家专利认证。
国内外在带式输送机纵向撕裂的检测领域，其方法比较多，主要有：
基于漏料进行检测的、应用弦线的变化进行监测的、基于撕裂后滚筒压力的变化进行监测的、基于监测托辊振动的情况进行监测、还有基于皮带宽度的变化进行监测；比较新的监测方法有：
利用光的透视强度变化进行监测、利用超声波进行监测、以及在皮带中预埋金属线圈进行监测等方法。
对于上文的这些监测方式，利用接触式进行监测时。
虽然在使用过程中可以比较简单的进行安装，监测原理也不复杂，但是在使用过程中容易发生误差，监测误差比较大，同时可靠性也没有保障。
目前比较先进的监测原理有：
利用超声波进行监测、利用x光进行探测、嵌入特殊材料进行监测等。
对于这几种监测原理，首先超声波监测技术在应用时局限性比较大，通常用于地上设备的监测，除此之外，在使用时费用比较高。
利用x光进行监测精度比较高，但是不适合应用在煤炭开采这样恶劣的工作环境，同时在使用过程中费用也不低。
通常所说的嵌入是指事先在生产时在输送带中预埋导电材料，当发生纵向撕裂故障时，导电材料也会受到损害，但是，对于正在使用的输送带来说预埋线圈比较麻烦。
（2）监测跑偏故障的研究现状
对于跑偏故障接触式监测的方法有：
应用调心托辊组来完成监测，在输送带组成结构中用调心托辊组代替一般的托辊，可以完成对较小跑偏的复位；应用跑偏开关可以直接进行跑偏状态的监测；应用自动调心托棍进行监测，但是这种监测只能对较小的跑偏状态进行复位。
目前国内对带式输送机跑偏的研究成果有：
基于电磁感应理论设计的跑偏开关对跑偏状态进行监测，应用机械零件凸轮、弹簧杆等设计出的两级跑偏开关，可以对跑偏故障进行监测。
两级跑偏开关对跑偏故障的监测方式，是一种接触式监测方式，反应比较慢，监测误差较大，除此之外，在长期的监测过程中，对开关的磨损比较严重；不能完成对跑偏位置的确定。
（3）监测打滑故障的研究现状
对于打滑故障的发生，是由于滚筒与皮带之间的摩擦力不足造成的，那么要防止打滑故障的发生就要增大摩擦力，可以通过增大摩擦系数、增大预紧力来增大摩擦力。
近年来国内监测皮带打滑的研究主要有：
一种是在主动滚筒上安装速度传感器对打滑进行监测；另一种是用速度传感器直接监测输送带的运行速度，然后对速度值进行处理，判断出打滑和断带故障。
（4）带式输送机监测系统的研究现状
随着相关技术的发展，带式输送机监测技术水平达到了一个新的高度。
这其中主要是传感器技术、计算机技术的迅猛发展对其影响最大。
应用传感器技术、现代测试技术、以及计算机技术三位一体，使现代监测系统的功能更强大、过程更稳定、误差更小。
现代监测系统研究已日趋成熟，有的应用单片机进行监测、有的应用组态软件进行监测、有的应用虚拟仪器进行监测、有的应用plc进行监测，对于应用虚拟仪器监测系统的设计还不够成熟，是目前技术人员研究的一个主要方向。
而本设计是基于组态软件完成带式输送机监测系统的设计，系统通过硬件设备完成数据的采集后，主要是应用组态王作为软件部分，提供工作界面完成数据信号的处理、数据保存、打印和运行状态的实时监测，以及进行故障报警等操作。
1.3主要研究内容
本文以传感器监测技术为理论基础，针对带式输送机在运行过程中出现的各种故障形式，分析产生故障的机理并研究确定各种故障的诊断方法，开发出一套适应于诊断打滑、跑偏和纵向撕裂等故障的带式输送机监测系统。
本文研究的主要内容有：
（1）阐述了带式输送机故障诊断的发展现状，阐明了进行带式输送机故障诊断研究的必要性；
（2）系统介绍了带式输送机的结构特点和工作原理；
（3）分析带式输送机故障特征和故障机理；
（3）针对带式输送机故障特征和故障机理，对其故障的诊断方法分别进行详细的阐述；
（4）设计在线状态监测与故障诊断系统硬件结构；
（5）设计在线状态监测与故障诊断系统软件的开发及其功能的实现；
1.4本章小结
本章首先对带式输送机监测系统故障诊断研究目的和意义进行阐述，可知对带式输送机运行状态进行监测与故障诊断是非常必要的。
其次介绍了国内外带式输送机监测系统的发展现状，最后阐述了本文研究的主要内容。
2.带式输送机的基本结构和工作原理
2.1引言
带式输送机是以胶带、塑料带、钢带等作为运输物料和牵引部件的输送机械。
带式输送机从十八世纪初被发明以来，经过长期的发展，已经广泛被煤炭、矿山、化工等行业所使用。
由于带式输送机具有输送量大、结构简单、运输距离长、输送物料范围广泛、能耗低、效率高、装卸物料方便等特点，所以它已经成为各个国家争先发展的行业。
2.2带式输送机的基本结构
带式输送机按照外形，可分为：
平型、槽型、夹带式、波纹挡边袋式、吊带式、和固定等几大类；按照驱动方式可分为:
有辊式、无辊式和直线驱动式三类。
输送机的基本结构有：
输送带、拉紧装置、托辊、机架、清扫装置、减速器、电器保护装置等如图2—1。
下面对其结构进行详细说明。
1—拉紧装置2—装载装置3—该向滚筒4—上托辊5—输送带6—下托辊
7—机架8—清扫装置9—驱动装置
图2.1带式输送机结构简图
2.2.1输送带
在整个结构中，输送带作为主要的运行部分，生产时，对皮带的抗张强度、柔性、伸长率、耐磨性和抗疲劳性等方面都有很高的要求。
输送带按照带芯类型可划分为织物型（棉帆布、合成纤维）和钢铁型（钢丝绳、钢纤维、钢带）两类。
输送带的结构相对来说比较简单，可划分为覆盖层、带芯层和隔离层三部分组成。
覆盖层分为上胶层和下胶层，分别覆盖在带芯层上，由外部条件确定是否要达到耐油、耐磨、耐高温等要求；带芯层作为输送带主体部分，用于承受外部载荷，根据带强要求选择棉帆布、尼龙布、芳纶布、钢丝绳芯；隔离层主要作用进行隔离，根据带芯材料的不同而选择不同的配方。
2.2.2托辊
托辊作为主要的组成部件，其数量丰富、种类多种多样。
它主要用来支撑输送带和物料重量。
在一台输送机上托辊的成本占整个机器成本的30%左右，用来承受百分之七十左右的阻力。
因此，在生产过程中对托辊的生产质量要求比较高。
在一台机器上托辊的重量占总机器重量的百分之三十到四十，所以，在对输送机进行维护和修理时，主要是对托辊的维护和修理。
一般在生产过程中，如果输送机的工作效率比较高，那么它的托辊往往质量都比较高；相反，如果机器在运行过程中效率比较低，那么它的托辊质量一般都比较低，也就是说托辊质量的好坏，将直接影响到机器的运行效率。
所以制造高精度、高质量、高寿命、低阻力的托辊，对提高带式输送机的生产效率至关重要。
按照外部形状的不同，可将托辊分为平行类、V形类、槽型类、调心托辊组、悬挂托辊组、翻带托辊组、挡边轮。
平行托辊组由平行上托辊组和平行下托辊组构成，平行下托辊组具有平形、螺旋形、弹簧形等几类。
安装时，在下托辊两端分别安装固定架将其固定，一般平行下托辊都是单根托辊组成。
在安装时，应该留出适当间距，用来保证输送带在运行过程中适当出现的横向位移。
V形托辊主要指下托辊是由两个托辊组成，形似V型。
其最大的特点是下托辊在运行过程中，当输送带发生较小角度的偏移时，可适当的进行调节。
槽型类托辊组可分为三辊圆柱式土棍组、侧锥形托辊组和前置式槽型托辊组。
三辊圆柱式托辊组用于上托辊，槽角有10°、30°、35°等。
其中还带有前倾角托辊和缓冲托辊。
在槽形托辊的基础上，将其两侧的托辊改为锥形，就变成侧锥形托辊。
锥形托辊在结构上可装有转动的支架，可以实现输送带跑偏纠正的作用。
调心托辊是在输送带的中心枢轴的垂直方向上安装托辊，它的作用是当输送带发生侧向跑偏时，该托辊组可将输送带推回到中间位置。
由于考虑到托辊在机器工作时的显著作用，所以在安装托辊时，在安装时应该合理布置托辊的间距。
对于间距的确定，主要考虑托辊的额定负荷、皮带质量、皮带额定负荷等因素。
在托辊安装时，选择合理的密封方式对托辊来说至关重要。
选择合理的密封方式将有助于增强托辊的使用寿命。
对于矿用带式输送机进行合理的密封，可以有效保护机器设备提高机器的工作效率。
2.2.3驱动装置
驱动装置的工作过程为：
电动机通过联轴器将其与减速器连接，最后将减速器与传动滚筒进行连接，当电动机产生运动指令后，通过中间设备后传动滚筒也会跟着发生运动。
在完成上述运动时，所涉及到的所有机器设备统称为驱动装置。
输送带的运动就是在传动滚筒与皮带发生相对运动时产生摩擦力，由摩擦力来完成的。
驱动装置作为输送机的动力部分，对其也有一定的要求，空载时能否实现启动、过载时是否有保护措施、能否完成频繁的加速和减速变化等。
驱动装置主要有以下几部分：
（1）电动机
选择电动机时，可以从功率、启动力矩、最大力矩、转速、电源电压、工作效率等方面进行考虑。
在使用过程中，可以供系统选择的电动机有：
高转子电阻的电动机、深槽式电动机、双鼠笼电动机、绕线式感应电动机。
在实际生产中，可根据现场工作情况进行选择，如防爆、耐高温。
（2）联轴器
联轴器的主要作用是：
将驱动装置的输出轴和传动滚筒的输入端连接起来。
具有过载保护的作用。
目前可供选用联轴器种类比较丰富，可将其分为液力式、磁力式、摩擦式和机械式几种。
但从驱动装置整体运行稳定性和高效性出发，经常选用的主要有：
液力联轴器、磁力联轴器、十字轴式万向联轴器等。
（3）减速器
减速器是电动机和滚筒之间的减速装置，是输送机主要组成结构之一。
带式输送机减速器主要分为平行轴、同心轴、直交轴三大类。
平行轴类的圆柱齿轮减速器使用比较常见。
在同心轴中的白线针轮的使用较多。
直交轴主要有：
圆锥圆柱硬齿面减速器、液压无极变速器等。
圆柱圆锥齿轮减速器使用范围有限，同样圆柱齿轮减速器也有一定的局限性，不能广泛应用于井下作业，需要扩大工作空间，但是它又有一定的优越性，与其它减速器相比它的传动效率较高。
（4）传动滚筒
传动滚筒主要作用是将带式输送机的运动状态进行传递。
传动滚筒紧密连接于驱动装置，是带式输送机的主要支撑部分。
按照功能分，可将其分为：
真空滚筒、磁力滚筒、轮胎滚筒、
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