膠帶運(yùn)輸機(jī)滾筒軸承故障預(yù)警裝置應(yīng)用

王雪峰，程智鵬

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

武德興銅礦廢石膠帶系統(tǒng)為半連續(xù)排土系統(tǒng)，銅廠采區(qū)剝離的廢石通過電動(dòng)輪卡車運(yùn)輸至旋回破碎機(jī)破碎，再由廢石膠帶系統(tǒng)運(yùn)輸至祝家排土場(chǎng)進(jìn)行排土。廢石膠帶系統(tǒng)流程圖如圖1所示，旋回破碎機(jī)破碎- 鐵板給料機(jī)給料-BC01固定膠帶運(yùn)輸機(jī)-BC02固定膠帶運(yùn)輸機(jī)-BC03移動(dòng)膠帶運(yùn)輸機(jī)-排土機(jī)受料臂-排土機(jī)卸料臂。廢石膠帶系統(tǒng)以BC03移動(dòng)膠帶運(yùn)輸機(jī)尾部轉(zhuǎn)載點(diǎn)為中心，以其長(zhǎng)度1250m為半徑的大扇形排土區(qū)域,實(shí)現(xiàn)祝家排土場(chǎng)的全覆蓋排土［1]。膠帶運(yùn)輸機(jī)使用過程中常見問題有：膠帶斷裂或縱向撕裂、膠帶跑偏、電動(dòng)機(jī)故障、減速機(jī)故障、滾筒故障等［2]。滾筒是膠帶運(yùn)輸機(jī)中的重要組成部分，在膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行的過程中，如果滾筒軸承溫度突然升高，說明情況異常，很可能就是軸承出現(xiàn)突發(fā)故障。

廢石膠帶系統(tǒng)共有滾筒46個(gè)，滾筒軸承92個(gè)，通常膠帶運(yùn)輸機(jī)滾筒軸承溫度靠人工進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量不準(zhǔn)確，并且不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承異常情況，導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)故障時(shí)有發(fā)生，滾筒軸承發(fā)生故障將導(dǎo)致停產(chǎn)8h以上，如果軸承損傷后沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將導(dǎo)致滾筒軸及軸承座的損傷，停產(chǎn)時(shí)間將超過24h，甚至造成設(shè)備事故。

圖1 廢石膠帶系統(tǒng)流程圖

2 硬件構(gòu)成

滾筒軸承故障預(yù)警裝置的硬件構(gòu)成，主要包括溫度傳感器、溫度變送器、PLC控制系統(tǒng)及上位機(jī)、連接線路等部分組成，PLC控制系統(tǒng)利用現(xiàn)有的廢石膠帶運(yùn)輸生產(chǎn)控制系統(tǒng)。溫度傳感器安裝在軸承座上，溫度變送器集中安裝于PLC控制系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)，采用屏蔽信號(hào)電纜將溫度檢測(cè)信號(hào)接入溫度變送器輸入端，溫度變送器的模擬量輸出信號(hào)接至PLC控制系統(tǒng)中的模擬量輸入模塊。

2.1 測(cè)溫傳感器選型及安裝

溫度傳感器的種類很多，現(xiàn)在經(jīng)常使用的有熱電阻 ：PT100、PT1000、Cu50、Cu100；熱電偶 ：B、E、J、K、S等。溫度傳感器不但種類繁多，而且組合形式多樣，應(yīng)根據(jù)不同的場(chǎng)所選用合適的溫度傳感器。結(jié)合廢石膠帶系統(tǒng)使用環(huán)境,首先選定采用接觸式溫度傳感器，因?yàn)椴捎眠@種方式安裝簡(jiǎn)單，抗干擾能力較強(qiáng)，且測(cè)量精度高。在滾筒軸承座上安裝溫度傳感器中考慮最多的就是熱敏電阻器，它適于在高靈敏度的微小溫度測(cè)量場(chǎng)合使用，具有良好經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。通過對(duì)四種不同類型的溫度傳感器進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)合電機(jī)繞組測(cè)溫傳感器的選型等等，最終選定HD-PT100-1305A型的PT100溫度傳感器，其精確量程范圍在-50℃至200℃。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)滾筒軸承所有溫度監(jiān)測(cè)均采用三線制PT100溫度傳感器現(xiàn)場(chǎng)采集溫度數(shù)據(jù)，傳感器電氣參數(shù)誤差為±(0.15+2% )，傳感器檢測(cè)溫度范圍從-50℃至200℃, 熱響應(yīng)時(shí)間小于等于 5s［3]。

溫度傳感器通過其外絲螺紋安裝在軸承座的螺孔上，如圖2所示，使溫度傳感器貼近軸承外圈測(cè)量軸承溫度。溫度傳感器尾部后座為彈簧，并使用密封膠進(jìn)行密封，防止粉塵和水進(jìn)入溫度傳感器的檢測(cè)部位影響溫度測(cè)量精度。

圖2 溫度傳感器安裝示意圖

2.2 溫度變送器選型

溫度變送器是溫度傳感器與PLC控制系統(tǒng)之間信號(hào)連接的中轉(zhuǎn)站，可將溫度檢測(cè)信號(hào)（電阻值）轉(zhuǎn)換成PLC控制系統(tǒng)中的模擬量輸入模塊可接收的直流4～20mA信號(hào)?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的使用環(huán)境及實(shí)際需求，選擇出了3種較適合的溫度變送器進(jìn)行測(cè)試，通過經(jīng)濟(jì)性、可靠性、實(shí)用性的綜合考量，最終選擇NHR-M32-X-14/14-0/0-D型的雙路輸入/輸出溫度變送器，其優(yōu)點(diǎn)是線性化輸出兩線制4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，性能可靠，適用現(xiàn)場(chǎng)大量安裝。1個(gè)雙路輸入/輸出溫度變送器對(duì)應(yīng)接收1個(gè)滾筒中的2個(gè)軸承溫度檢測(cè)信號(hào)，便于接線和維護(hù)。溫度變送器采用獨(dú)特的雙層電路板結(jié)構(gòu)，下層是信號(hào)調(diào)理電路，上層電路可定義傳感器類型和測(cè)量范圍［4]。雙路輸入信號(hào)為K偶，雙路輸出信號(hào)為直流4～20mA，接線如圖3所示，溫度變送器輸出信號(hào)采用信號(hào)電纜直接接入PLC控制系統(tǒng)中的模擬量輸入模塊1756-IF8。

圖3 溫度變送器接線圖

3 滾筒軸承溫度采集及故障判斷

溫度傳感器信號(hào)接入溫度變送器輸入通道，溫度變送器具有模擬量轉(zhuǎn)換功能，溫度變送器的輸出模擬量信號(hào)至PLC控制系統(tǒng)的模擬量輸入模塊，模擬量模塊將接收溫度數(shù)據(jù)，通過在PLC控制系統(tǒng)軟件中編寫控制程序進(jìn)行分析，判斷滾筒軸承溫度是否異常，并通過上位機(jī)在界面顯示報(bào)警信息。

3.1 滾筒軸承溫度采集

PLC控制系統(tǒng)中的模擬量輸入模塊1756-IF8有8個(gè)模擬量通道，所有信號(hào)通過該模塊進(jìn)行采集，在PLC程序中新增溫度信號(hào)的采集，新建取數(shù)變量完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)軸承溫度取數(shù)。設(shè)置采集模塊A1_ANALOG_IN，如圖4所示，采集溫度變送器量程為-199℃至650℃，對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)為4～20mA。以圖4為例，檢測(cè)到的溫度信號(hào)為8.142mA，經(jīng)過換算得出實(shí)際溫度計(jì)算為=（199+650）/（20-4）×（8.142-4）-199=53.0625×4.142=20℃。

圖4 軸承溫度采集模塊

3.2 溫升程序設(shè)計(jì)及軸承故障判斷

在滾筒運(yùn)行的過程中，軸承溫度有時(shí)緩慢上升，有時(shí)突然上升，如果溫升到一定范圍后未繼續(xù)升高，可做進(jìn)一步觀察，如果溫度一直上升，說明運(yùn)行中的滾筒軸承情況異常，很可能就是軸承故障，如果不能及時(shí)處理很可能造成較大的影響，需要立即停機(jī)檢查處理。采用了軸承故障預(yù)警裝置后，通過對(duì)得到的數(shù)據(jù)做詳細(xì)對(duì)比分析，可以判斷滾筒軸承是否存在異常的溫升。正常情況下，滾筒軸承的溫度是緩慢上升的，并且隨著天氣和連續(xù)工作時(shí)間的影響，各部位溫升大致相同，如果存在單個(gè)滾筒溫升較大，說明該滾筒軸承也存在異常情況。

根據(jù)歷年廢石膠帶滾筒運(yùn)行的情況，調(diào)查了近幾年里滾筒軸承異常溫升，對(duì)軸承故障的情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)滾筒軸承正常運(yùn)行情況下溫度不會(huì)超過60℃，除非長(zhǎng)時(shí)間高溫環(huán)境工作才會(huì)偶爾超過。我們提出滾筒軸承故障預(yù)警分析系統(tǒng)的溫升判斷方法，即采用基于溫度分段監(jiān)控和不同溫度段溫升時(shí)間區(qū)分的方法，來(lái)判斷其為正常溫升或是故障異常溫升，進(jìn)而達(dá)到提高系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定性和設(shè)備故障及時(shí)報(bào)警停機(jī)的高度平衡。

在PLC控制系統(tǒng)編程軟件中分別計(jì)算軸承溫度超過設(shè)定值55℃、65℃、75℃、85℃的時(shí)間，每個(gè)軸承溫度采用4個(gè)比較指令（GRT）將實(shí)測(cè)溫度值與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)測(cè)溫度值超過設(shè)定值時(shí)開始計(jì)時(shí)。然后編寫程序?qū)蓚€(gè)相鄰軸承溫度的時(shí)間相減，取絕對(duì)值數(shù)字，當(dāng)相鄰溫度區(qū)間的時(shí)間在5s至60s以內(nèi)，判定此時(shí)軸承溫度上升有異常，如圖5所示。

圖5 滾筒軸承異常溫升程序

4 上位機(jī)監(jiān)測(cè)

操作人員可以通過上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各滾筒的運(yùn)行情況，根據(jù)建立起來(lái)的溫度數(shù)據(jù)庫(kù)，可查閱相應(yīng)滾筒軸承溫度的歷史記錄，便于今后對(duì)滾筒軸承的維護(hù)保養(yǎng)等工作［5]。

圖6 滾筒軸承溫升監(jiān)控界面

4.1 溫度數(shù)據(jù)庫(kù)查詢建立

滾筒軸承溫度建立數(shù)據(jù)庫(kù)，增加查詢板塊，將每個(gè)機(jī)臺(tái)的所有滾筒軸承溫度新增至該列表，每個(gè)溫度用不同的曲線區(qū)分。通過時(shí)間軸將所有的溫度記錄至數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)設(shè)置時(shí)間軸長(zhǎng)度，半小時(shí)一個(gè)區(qū)間。查詢時(shí)，單擊右鍵進(jìn)入查找選項(xiàng)，可以直接輸入要查詢的時(shí)間段，調(diào)取溫度曲線進(jìn)行分析。一旦發(fā)現(xiàn)滾筒軸承溫升停機(jī)及時(shí)查找報(bào)警，中控人員及相關(guān)技術(shù)人員查找報(bào)警記錄，判斷是溫度傳感器故障還是線路故障，并安排處理。

4.2 滾筒軸承故障預(yù)警

設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，可以通過上位機(jī)對(duì)膠帶運(yùn)輸機(jī)各點(diǎn)大型滾筒左右軸承溫度做一個(gè)檢測(cè)，當(dāng)滾筒軸承的溫度超過60℃時(shí)，由計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)超過1min以上，就會(huì)觸發(fā)溫度異常預(yù)警信號(hào)，當(dāng)溫度異常預(yù)警信號(hào)發(fā)出后，同時(shí)將激活超溫報(bào)警的電子鈴，中控室人員就會(huì)及時(shí)反應(yīng)，對(duì)報(bào)警早做處理，當(dāng)軸承溫度上升為異常溫升時(shí)（即軸承溫度在 55～65℃、65～75℃、75～85℃三個(gè)區(qū)間段任意區(qū)間在1min以內(nèi)升溫10℃以上，則判定為異常溫升），觸發(fā)停機(jī)警報(bào)，并鎖存報(bào)警，待人員現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)。溫度傳感器的量程范圍是在-199℃到650℃之間，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境，設(shè)置軸承的溫度在大于-50℃或是超過200℃時(shí)，自動(dòng)判定為溫度傳感器故障，可以避免誤報(bào)警，上位機(jī)滾筒軸承溫升監(jiān)控界面如圖6所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

該裝置應(yīng)用后，滾筒軸承溫度實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，中控操作工通過上位機(jī)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)滾筒軸承溫升的異常情況。與人工測(cè)量滾筒軸承溫度對(duì)比，減少人工檢測(cè)勞動(dòng)強(qiáng)度，測(cè)量溫度更準(zhǔn)確，溫升預(yù)警更及時(shí)。通過滾筒軸承預(yù)警裝置實(shí)現(xiàn)了100%滾筒軸承故障檢出率，及時(shí)安排設(shè)備檢修，有效減少了因滾筒軸承故障導(dǎo)致的非計(jì)劃性停機(jī)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備檢測(cè)智能化，避免了人工檢測(cè)過程中的不確定因素，可靠性大大提高。智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)溫度變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，提前做出預(yù)防措施，成功消除了滾筒故障導(dǎo)致的設(shè)備隱患，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［6]。