近几年来，地处山东省济宁市范围内各类大小煤炭企业与有关高等院校和研究单位合作，针对传感器应用于煤炭企业厂、矿带式输送流水作业运行控制技术方面急需解决的问题开展科技攻关，并且积极应用当前已有的传感器适用新技术，取得了不少有价值的研究成果和实践经验， 对于其它煤炭企业保障厂、矿带式输送流水作业的安全运行和提高效率具有一定的参考价值。

　　1 煤矿带式输送机集控系统传感器保护特性

　　兖州矿业(集团)公司南屯煤矿对矿井带式输送机集控系统中传感器的保护特性进行了研究和总结。

　　(1)煤位保护传感器

　　安装高度不应低于机头胶带200mm水平以下，可以保证在埋机头、满仓或者满煤漏斗，煤、矸等物体触到煤位传感器垂直的万向导杆并且偏离中心线15°的时候，经过1.8s(可以调整)的延时之后，能够自动切断输送机的电源并且报警实现煤位保护。煤位保护传感器可以采用1个万向开关，以减小体积、提高灵敏度、不受温度与湿度变化的影响，但是必须防水、防潮;也可以采用无接点漏电式传感器，因为巷道内比较干燥的话容易出现传感器失效， 导致不动作现象的发生。

　　(2)速度保护

　　也叫防滑保护，可以采用霍尔元件磁敏传感器和磁感应传感器。这两种传感器必须体积小、寿命长、灵敏可靠、防水与防潮、方便安装并且带有试验按钮。安装的时候传感器利用磁铁放置在带式输送机卸载滚筒的法兰盘偏心位置上，不能够超出滚筒的外延。传感接收器固定在带式输送机的卸载臂框架或者滚筒轴芯与磁铁相对应的支架上，安装间隔为35～50mm。速度保护主要是检测主、副滚筒摩擦力下降与输送带打滑的时候，使带式输送机自动停车。如果不停车会使输送带短时间摩擦，造成巷道火灾事故的发生。同时，也可以检测卸载滚筒由于轴承损坏不转，造成电动机负荷增大、设备损坏和输送带着火等现象发生。此保护在启车的时候必须延时1.8s之后进行正常检测。当带式输送机的从动滚筒转速低于额定转速30%的时候，能够自动切断带式输送机的电动机电源。

　　(3)烟雾传感器

　　可以采用离子式烟雾传感器，自身带有试验按钮。烟雾传感器一般安装在驱动滚筒上方5m内的下风口无淋水处。当带式输送机的周围有烟雾形成或者可燃性气体超标，含量达到0.1%的时候动作，动作延时≤1.5s，能够控制带式输送机自动停车。

　　(4)防跑偏传感器

　　采用1个万向开关。在带式输送机头储带仓的中间位置和机尾两边各安装1组防跑偏传感器， 滚动导杆距离托辊外沿50～100mm。当胶带跑偏的时候，垂直的万向导杆在胶带推动下移动，偏离中心线15° 时经过5～10s延时自动停车。

　　(5)温度传感器

　　当带式输送机长时间运行或者双电动机运行有1个电动机出现故障的时候，负荷和扭矩均增大，导致设备的温度升高。一般把传感器的吸热面紧贴电动机的外壳或者在输送机的主滚筒上设置温度传感器，随时检测电动机和滚筒的温度。保护的温度整定为+80℃，当温度超出3℃的时候会控制停车，采用金属导热材料。

　　(6)纵向撕裂保护

　　当输送带撕裂的时候，传感器把电信号传送给主机， 立即实现停车保护的功能。

　　(7)张紧力下降保护装置

　　其作用是当输送带和驱动滚筒之间产生打滑的时候使带式输送机停止运行，但是因为有防滑保护起作用故此保护可以不安装。

　　(8)沿向紧急停车保护

　　当沿线的某个紧急停车开关被接通的时候，此装置能够立即实现停车保护功能。

　　(9)综合保护

　　对个别带式输送机可以安装防撕裂保护装置和倾斜巷道上运或者下运停车防止输送机逆转的制动装置。在输送机的主滚筒上设置温度传感器，随时检测滚筒温度，同时配备自动撒水装置，在滚筒超温的时候实现自动撒水并且对主滚筒进行降温。

　　2 地面带式输送机集中控制系统的传感器

　　山东科技大学和位于兖州市的临沂矿业(集团)公司田庄煤矿开发的地面带式输送机集中控制系统以SLG500系列PLC为核心，配置了多种功能的传感器，利用以太网将输送带监控分站接入选煤厂监控中心，实现集中控制中心对输送带电气控制系统的远程实时监控， 对系统的重要部分实现比较完善的检测保护， 能够及时地发现事故并且对事故进行处理。

　　(1)需要解决的关键问题

　　带式输送机运行过程中与现场电气控制箱之间各种传感器的可靠数据传输;带式输送机运行过程中远程数据与

　　监控中心之间的实时通信问题，对服务器设置主从配置结构;带式输送机系统远程控制与原有控制的冲突问题，设定就地、集中控制自动和集中控制手动总共3种控制方式; 安全生产过程中的数据实时记录。

　　(2) 集中控制系统

　　集中控制系统对带式输送机的控制分为简单控制和保护控制2种形式。集中控制系统采用分布式控制结构，主要由地面控制中心、振动筛监控分站和煤仓监控分站、传感器、驱动装置和通信网络组成。振动筛监控分站控制201 给煤机、201 带式输送机、振动筛、301 带式输送机、大块带式输送机、手选带式输送机、回收带式输送机、破碎带式输送机、破碎机和回收筛等。煤仓监控分站控制精煤仓带式输送机、大倾角带式输送机和栈桥带式输送机。监控分站负责现场设备的数据采集、带式输送机启停控制及与控制中心的数据通信。数据采集装置由各种传感器组成，负责监视输送带的运行参数。

　　(3) 传感器选择

　　传感器主要包括温度传感器、速度传感器、跑偏传感器、撕裂传感器、煤位传感器、烟雾传感器和拉线开关等。

　　GEJ30型跑偏传感器分别位于带式输送机的机头和机尾，并且成对的对称安装;GVD1200型纵撕传感器安装于受料点沿着输送带运行方向10m左右的地方;GUJ30型堆煤开关安装于给煤点;GQQ0.1型烟雾传感器悬挂于驱动装置附近的下风口处;KHJ30型急停开关(拉线开关)每间隔50m安装1个，固定在巷道人行道一侧的带式输送机架子上。以上传感器输出开关量信号，在输送带运行正常的时候为高电平，当检测到输送带故障的时候为低电平。

　　在带式输送机的主滚筒设置GW D型温度传感器; GSC200型速度传感器安装在驱动装置附近。温度和速度传感器输出频率为200～1000Hz的信号。CHA系列超声波料位计安装于煤仓的顶部，用于检测堆煤的高度。其功率强、性能可靠，最大量程可以达到50m，输出标准的4～ 20mA模拟信号。

　　为了保护带式输送机的电动机，系统中采用了集成的WJB-Z100M电动机保护装置。其检测电动机电流为4～ 20mA模拟量信号。

　　以上信号采取隔离屏蔽措施之后均接入PL C， 参与设备的紧急停车和闭锁停车，部分传感器还采取了防水布置。

　　3 矿用红外转轴表面温度传感器

　　由合肥煤炭科学研究所和兖州矿业(集团)公司济宁

　　二号煤矿研制的HKPW型矿用红外转轴表面温度传感器， 为本质安全型仪器，可有效预防带式输送机及其它机电设备灾害性事故的发生，为其安全运行提供了理想的工具。

　　(1)课题由来

　　实时测量机械设备转轴表面温度是保证设备安全运行的重要措施，对于大型设备尤其重要。转轴表面温度测量以前均采用接触测量方法，缺点是存在机械磨损，容易损坏测温元件。HKP W型传感器利用红外测温的非接触特点克服了上述缺点。带式输送机超载打滑或发生故障时， 红外表面温度传感器非接触测量转轴的表面温度，当温度超过设定值时就输出断电信号给其关联设备切断运输机电源，从而避免灾害性事故发生。同时发送声光报警信号， 以便通知工作人员及时排除故障。

　　(2)设计思路

　　①红外辐射波段确定。根据维恩位移定律来确定被测目标红外辐射波段。此课题测量温度范围为0～150℃，其相对应的波段为10.6～7.0μm，综合考虑其它因素确定红外接收的波段范围为8～14μm.在此范围内可获得较大的辐射功率，同时避开空气中水蒸汽、瓦斯等吸收带对测量的影响。

　　②红外探测器选择。此课题测量目标的温度较低，选择薄膜热电堆较合适。薄膜热电堆具有很高的精度和很好的复现性，工作稳定度高;缺点是灵敏度较低，响应时间较长。这些缺点对此课题是次要的。他们选用由15对相互串联的热电偶排列成辐射状的CRC-1型薄膜热电堆，响应时间小于20ms(带窗口)，内置温度补偿二极管。

　　③光学系统的确定。设置光学系统的目的是使接收到的辐射聚在探测器接收面上，提高系统灵敏度，也对探测器起保护作用。由于所选择的红外波段在8～14μm，一般光学玻璃在此波段内透过率极低，要提高透过率须蒸镀多层增透膜，价格昂贵。因此，他们采用由2块带有金属镀层的反射镜构成的反射式光学系统，无色差、视场较小、

　　口径可做得较大、易于装配调整。同样的原因，保护窗由光学塑料薄膜制成，8～14μm波段的透过率在70%以上。

　　(3)确定主要技术指标的依据

　　此传感器用于带式输送机转轴表面温度监测，主要技术指标为报警温度设定值及允许误差，上限温度取决于胶带着火点和轴承最高允许工作温度，下限温度由额定负载下运行的转轴表面温度来决定。资料表明，轴承最高允许工作温度为150℃，实测表明额定负载下正常运行时转轴表面温度约为60 ℃。在60 ～150 ℃取120 ℃为警戒温度较合适。此红外传感器在严格规范条件下测量误差小于± 2%，这种规范状态是：红外源采用黑体炉，发射率为1，固定距离。在实际使用中这些条件并不具备。这是由于被测物发射率与材质及表面状况有关，通常辐射系数是依据厂家提供的参考数据来确定，带有一定的主观性， 由此引起的误差是偶然的。另外，被测目标材质不均匀性及表面光洁度不均匀性也带来测量误差，考虑到上述偶然误差存在，传感器本身精度再高也没有实际意义，因此传感器相对误差规定为不大于±3%。根据价值工程理论，降低多余的精度而使成本大幅降低，其价值增加。

　　(4)传感器调校与标定

　　在恒温室进行，采用黑体辐射源，传感器与辐射源在同一中心轴上，窗口距辐射面20ram。室温调为20℃;发射率调整在“1”位置，温度补偿电位器调整在中间位置， 黑体辐射源设置在60℃;调主放大器放大倍数，使显示器显示60.0;调 整 发 射 率 电 位 器使显示器显示100. 0， 发 射 率 标 定 为 0 . 6 ;调整恒温室温度至30℃，记下显示值100.0±Δt;调整温度补偿电位器显示为100±(1- 0.618)Δt;调整辐射源使显示器显示120℃;调整比较器设定电位器，使声光报警，并有报警信号输出。

　　(5)传感器安装调试

　　①安装。传感器安装于所测目标转轴的径向，窗口距轴表面20mm处。

　　②发射率修正。所测设备不工作时，微调发射率电位器，使显示器显示值和环境温度相等。

　　4 多功能自动喷雾装置中传感器的改进

　　PJD-7型多功能自动喷雾装置是国家专利应用于煤矿井下自动洒水方面的设备， 适用范围广， 较为先进和实用。兖州矿业(集团)公司南屯煤矿在应用于胶带输送机上实现超温自动洒水保护功能的过程中发现了一些问题， 通过与厂家技术人员的研究，对传感器等进行了改进，极大降低了故障率、提高了灵敏度及可靠性，使其更加适合于带式输送机的现场应用。

　　(1)存在的问题

　　①传感器。PJD-7型多功能自动喷雾装置配置的温度传感器和烟雾传感器初始设计均为模拟量输出，2台并联或者传输距离稍长一些就会出现相互干扰，灵敏度差、误动作多。可是，煤矿井下不论是固定式还是移动式带式输送机，由于运输距离以及运输量的增大，驱动点也增加到3～4 处，甚至更多，而每一处的驱动滚筒上都必须安设1套超温自动洒水装置，即必须安装1个温度传感器、1个烟雾传感器、1套自动洒水柱子及1台控制箱。为了降低消耗、减少现场设备的数量，需要将3～4个同样的传感器并在一起， 以致相互干扰的问题更加突出。所以，传感器的输出信号稳定问题成为关键。

　　②超温自动洒水。带式输送机的超温自动洒水保护在现场使用中应当有简便的试验方法，但是PJD-7型多功能自动喷雾装置在这方面的接线复杂，维修极不方便。

　　③电动球阀。作为自动洒水装置，其关键元件电动球阀故障率高，使用时间不长就出现水沿着阀杆进入电动机接线腔内，使电动机接地损坏。此外，比较严重的问题是，如果温度传感器达到了设定的温度而动作，但是电动球阀在未打开的时候电源却断掉，则电动球阀打不开，水路不通，不仅自动洒水功能无法实现，而且容易造成严重的后果。

　　(2)技术改进

　　①传感器。系统将温度传感器和烟雾传感器的模拟量信号输出改为开关量输出。把故障信号的判断从原来的主控箱电路前移到传感器自身电路，由传感器将开关量传给主控箱，不仅实现了多个传感器并用不会干扰的目的，还极大地提高了PJD-7型多功能自动喷雾装置的可靠性。

　　②超温自动洒水。为了实现超温自动洒水装置现场试验的简单化，在改变温度传感器输出信号形式的同时，在温度传感器上安装了1组接点为常开的试验按钮，并联在热敏电阻Rt的两端。正常工作的时候，IC1为稳压元件，RW为IC2提供1个基准电压(通过微调基准电压值可以调整灵敏度)。热敏电阻Rt的阻值比较大，IC2反向输入端电压高于正向输入端，输出低电位，24V继电器不动作。当温度传感器所在驱动滚筒附近温度达到设定只的的时候，热敏电阻Rt的阻值降低，IC2反向输入端电压降低，正向输入端电位高于反向输入端，输出高电位，三极管T工作，24V继电器得电吸合，传出闭合或者断开的开关量信号。试验的时候，按下试验按钮，短接热敏电阻Rt，相当于Rt阻值降低，使得24V继电器得电吸合，继电器输出的开关量信号进入PJD-7型多功能自动喷雾装置控制箱，由控制箱发出打开电动球阀的指令，并且使带式输送机立即停机。

　　③电动球阀。对电动球阀的泄漏问题，分析其原因一是球阀本身的密封质量，二是阀杆与电动机齿轮的对中性差。通过在购置球阀的时候严格把关和提高加工精度，基本上消除了泄漏。为了保证电动球阀失电之后仍然能够人工接通水路，系统又设计了1个手动阀门与电动球阀并联， 在必要的时候手动打开这个阀门即可。

　　(3)改进效果

　　此装置已经在该矿井下10部主运输带式输送机上运行多年，效果良好。

　　①解决了多个温度传感器并联误动作的问题，使得1台控制箱可以连接多个传感器，驱动点比较进的带式输送机机头只需要1台控制箱就可以实现保护的功能，节约了生产成本。

　　②试验方法更加简便，在传感器本身上即可以完成模拟试验，把自检试验部分提前，更加有利于检测传感器本身电路的状态。

　　③消除了因电动球阀打不开而产生的安全隐患，更加提高了PJD-7型多功能自动喷雾装置在现场的适用性。

　　5 带式输送机胶带保护装置的传感器安装

　　位于济宁市任城区的淄博矿业(集团)公司许厂煤矿对带式输送机ZJZ-S(A1)胶带保护装置的传感器安装经验进行了总结。

　　ZJZ-S(A1)胶带保护装置由隔爆兼本安型综保控制主机及各种本安型传感器组成。其中，综保控制主机由电源板、接线板、显示板、控制板4大块组成，本安型传感器有堆煤保护、温度保护、烟雾保护、跑偏装置、防滑装置、电磁阀6大部分组成。

　　(1)传感器的接线安装

　　温度传感器、烟雾传感器、速度传感器为有源传感器。它们均由主机向其提供DC 12V电源，其接线相同，即传感器中的“+”接主机板的+12V端子，传感器的“-” 接主机的接地端子。传感器的输出端统一用“K”表示， 它们分别对应和主机中的“速度”、“超温”、“烟雾” 端子相接。跑偏传感器和堆煤传感器分别与主机的“ 堆煤”、“跑偏”端子相接，主机接地端子和传感器的接地端子相接。电磁阀接主机电源板上的K1、K2端子，当监测点的温度超过规定值(+80℃)或者利用试验温度按钮试验的时候，能够实现温度的故障保护。

　　安装完毕以后要认真地检查，确认无误之后方可以送电，检验各种保护传感器的功能。各种保护传感器在使用过程中损坏的时候要及时修复或者更换。但是， 有的时候更换新传感器之后胶带保护装置启动不起来或误动作，主要原因是接线错误。例如，烟雾传感器“+12V” 和“-”接反，烟雾传感器灯不亮，同时它的电源是直流“ 12V”， 由于长期供电会烧毁主机控制板; “- ” 和 “ K ” 接 反 ， 按 下 试 验 按 钮 ， 红 灯 闪 亮 ， 然 而语 言 报 警 不 说 话，对应显示板的红灯也不亮;“K”和“12V”接反，绿灯不亮。

　　(2)皮带保护传感器的安装

　　堆煤保护传感器的安装位置是在下部胶带尾或者煤仓落斜中心点正上方300mm的地方，利用专用吊具或者支座固定，有条件的尽量选用重锤式堆煤保护器。跑偏保护装置安装在带式输送机机头处的最后1组储带仓架上，使用专用支座和螺栓固定与胶带成垂直方向，确保偏离上托辊处边缘50mm内的胶带能够触及到防跑偏开关。速度保护(也叫防滑保护)装置安装在储带导向滚筒处，传感器安装于导向滚筒的专用支架上，磁钢安装在导向滚筒的轮毂上，两者之间的间隙不大于30mm，连接安装牢固、找平找正， 保证运行平稳。烟雾保护传感器悬挂于2个主传动滚筒上方风流的下行方向，高度尽量靠近上胶带的来料，以触及不到来料为原则，一般以300mm高度为宜，利用专用的吊架吊挂。传感器每月进行地面试验1次，确保灵敏可靠。温度保护装置置于传动滚筒的上方，有插孔的从插孔伸入，

　　无插孔的从传动机架上方放入平行放置，距离滚筒的高度不大于50mm，使用带试验按钮并且利用专用吊架固定。自动洒水装置在2个主传动滚筒中间的正上方高度200 mm处，2 个喷头向下，使用专用支架和螺栓固定， 水门正常开启。

　　以上六大保护，当班司机都应当试验1次并且做好记录， 如果遇到情况马上进行处理， 处理不了的要及时汇报，由专职维修人员修复，确保安全生产。

　　6 传感器与煤矿带式输送机集控系统实验装置

　　山东科技大学、兖州矿业(集团)公司鲁南化肥厂以煤矿带式输送机集控系统的设计与应用为背景，选用单片机、温度传感器、烟雾探测器、行程开关、接近开关开发的带式输送机集控系统实验装置，实现对带式输送机跑偏、过速、温升、撕裂等故障的实时监测功能，将煤矿带式输送机运输系统的实际工作环境和工艺流程再现于实验室，既可用于实际生产，也可通过二次开发培养学生的创新意识和能力。

　　(1)实验装置构成

　　该实验装置由2台带式输送机、控制箱、上位机、传感器、行程开关、接近开关等构成。温度传感器用来测量带式输送机转轴的温度;烟雾探测器感测空气中因为橡胶胶带和煤尘等摩擦发热或者其它原因产生的烟雾以及烟雾的浓度;行程开关检测胶带跑偏、胶带上的煤位(煤位过高即堆煤)和胶带撕裂;接近开关用来测量胶带的速度。单片机不断将采集到的温度、速度、烟雾等数据上传给上位机进行实时显示。如果发生故障，单片机驱动声光报警， 并将故障信息传给上位机，使其在屏幕上显示，马上采取措施消除故障或者实现保护。

　　(2)硬件组成

　　温度传感器和烟雾探测器测得的模拟信号经过滤波与放大之后，转换为0～+5V电压信号，然后经过A/D转换器转换为数字量输入到单片机。单片机对此数字量与设定的上限值进行比较，如果超出设定的范围，则控制面板上相应的指示灯闪烁，同时发出警报声，直到相关人员排除故障。如果发生胶带跑偏、堆煤、撕裂或者过速故障，行程开关、接近开关的常开触点就会闭合，此开关量信号经过RC低通滤波电路滤波后输入单片机，单片机驱动声光报警器报警，并将信号上传给上位机。

　　①单片机。选用低功耗、高性能8位CMOS型微控制器AT89S52，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

　　②温度传感器。选用美国E XE RG E N公司生产的经济型、高性价比的IRT P300L型红外温度传感器。红外线传感器利用红外线的物理性质进行测量， 包括光学系统、检测元件和转换电路， 测量时不与被测物体直接接触，具有灵敏度高、响应快等优点。IRT P300L型红外温度传感器的测温范围为0～1 50℃，输出信号为4 ～ 20mA/0～5V的电信号，其测量精度不受污染、潮湿及电磁干扰环境的影响。

　　③烟雾探测器。选用SS-168P型光电式烟雾探测器， 用于检测环境是否有烟雾及烟雾浓度。其功能特点：光电探测方式;吸顶安装;光学迷宫;采用低功耗CMOS微处理器;特殊防潮设计;具有手动测试、手动复位功能;工作性能稳定可靠;工作电压为9VDC/12VDC;烟雾灵敏度极高。

　　④行程开关。选用LXW5-11G1型，行程开关可以安装在相对静止的静物或相对运动的动物上，当动物与静物发生相对运动时，它可感知两者之间的位移，并以连杆驱动开关触点闭合或分断，以此来控制电路的通断。

　　⑤接近开关。选用LJ12A-3-4-Z/BY型电感式接近开关来检测胶带的运行速度。电感式接近开关由高频振荡器、检波电路、放大电路、触发电路及输出电路等组成。高频振荡器在接近开关检测面产生交变电磁场，金属物体接近接近开关检测面时, 金属中产生的涡流吸收高频振荡器的能量, 使振荡减弱以至停振。高频振荡器的振荡及停振状态转换为电信号，通过整形放大转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出。

　　7 ControlNet监控井下带式输送机传感器及保护状况

　　兖州矿业(集团)公司济宁三号煤矿将ControlNet作为井下带式输送机集中控制系统的主干网络，实现带式输送机的集中控制，操作员可以在地面调度室直接监控带式输送机各类传感器及各种保护状况，还可以根据所采集的数据进行设备故障预测，及时排除故障，保障设备运行。

　　(1)系统组成

　　①胶带保护装置。主要有跑偏开关、拉线开关、纵撕传感器、堆煤传感器、烟雾传感器、打滑传感器、洒水装置以及沿线信号装置等。

　　②电控装置。以可编程控制器为核心，PLC实时测量采集过程量和现场数据，经模块综合处理后，将数据传送到现场所控制的设备，完成设备的自动启停;并由通信模块送至井下网关和地面工作站;控制屏与主控分站连接， 从PLC获取的现场设备信息，在控制屏上显示并通过控制屏完成现场设备的控制。

　　③CST可控驱动装置。主要由可控启动传输部分、冷却系统、PLC控制系统和液压控制系统组成，可控启动性能好，具有反馈系统，实时控制启动加速度又可实现可控制动，使带式输送机按预定减速度在规定时间内停车，调速精度高、稳定性强、可靠性高。选用CST可降低基本胶带张力，提高传动效率，较小的安全系数就可获得较高的安全度。

　　④张紧装置。采用YZL-300型液压张紧装置，可实现胶带启停时自动张紧。

　　(2) ControlNet网络集控的实现

　　通过PLC上通讯接口模块把各带式输送机控制分站接入到井下ControlNet网，通过ControlNet把各分站监控的信息传送到地面调度控制中心进行集中监控。该矿现有东部、西部、北部、北扩、16采区5条主煤流胶带。各分站分东、西、北3个方向通过ControlNet把监控信息传送到井下网关(井下网关起到各路信息汇总、向上传输的作用)，通过井下网关把数据传送到地面调度控制中心进行集中监控。