帶式輸送機(jī)運(yùn)行故障智能診斷技術(shù)研究

門日?qǐng)A

摘 要：針對(duì)煤礦井下帶式輸送機(jī)長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)難的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一套運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離穩(wěn)定準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，在EEMD算法下實(shí)現(xiàn)了故障信號(hào)的分離，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)地址排序功能的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)故障的快速定位和技術(shù)參數(shù)的調(diào)試，保證帶式輸送機(jī)的安全高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī);故障診斷;監(jiān)測(cè)系統(tǒng);EEMD算法

帶式輸送機(jī)作為煤礦的重要運(yùn)輸設(shè)備，其運(yùn)行工況直接影響礦井的生產(chǎn)的效率和安全。因此，保證帶式輸送機(jī)安全高效運(yùn)行對(duì)礦井的安全生產(chǎn)具有非常重要意義。由于煤礦井下運(yùn)輸量大、環(huán)境惡劣，帶式輸送機(jī)在高負(fù)荷工況下，易發(fā)生輸送帶跑偏、滾筒打滑、著火等問(wèn)題。為此，諸多學(xué)者對(duì)帶式輸送機(jī)的工況監(jiān)測(cè)與故障診斷進(jìn)行研究，孫新梅，孟凡芹[1]基于RS485和CAN總線對(duì)帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì);李劍峰[2]對(duì)帶式輸送機(jī)的故障信息記性進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。綜合分析，鑒于作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，帶式輸送機(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度低，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的準(zhǔn)確定位，增加后期的維修困難。本文結(jié)合帶式輸送機(jī)的運(yùn)行工況和故障特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套礦用帶式輸送機(jī)工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在EEMD算法下，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)地址排序功能的調(diào)試、故障定位功能調(diào)試、參數(shù)設(shè)置功能調(diào)試，達(dá)到了系統(tǒng)的良好運(yùn)行和故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得良好效果。

1 帶式輸送機(jī)工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)作為煤礦主要運(yùn)輸設(shè)備，由于井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，且長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，易發(fā)生輸送帶跑偏、滾筒打滑、著火等故障，直接影響礦井的正常生產(chǎn)秩序。嚴(yán)重影響到生產(chǎn)的進(jìn)行，為此，對(duì)帶式輸送機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。設(shè)計(jì)的帶式輸送機(jī)實(shí)時(shí)工況監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)非常重要，且設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)電路應(yīng)適應(yīng)煤礦井下作業(yè)環(huán)境;在系統(tǒng)的軟、硬件選型上，必須保證電路系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。同時(shí)，可動(dòng)態(tài)顯示實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況和數(shù)據(jù)信息，自動(dòng)化程度高，便于后期的系統(tǒng)升級(jí)拓展。

帶式輸送機(jī)的工況監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)框架由軟、硬件兩部分組成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)由上位機(jī)與下位機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)采用單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、分析和故障報(bào)警顯示?；贚abVIEW軟件平臺(tái)，設(shè)計(jì)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的人機(jī)控制界面，達(dá)到對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行工況的監(jiān)測(cè)與調(diào)控，提供了設(shè)備的自動(dòng)化控制水平。帶式輸送機(jī)實(shí)時(shí)工況監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

監(jiān)測(cè)主機(jī)作為系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的核心，為保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和強(qiáng)大數(shù)據(jù)的處理能力，選用MIO-5250主板。主板采用Inter1NM10處理器，Dual-Core 1.6GHz/1.86 GHz的主頻，4GB的內(nèi)存，128GB的固態(tài)硬盤，12VIA的電源和7W的功耗。

帶式輸送機(jī)地址自動(dòng)分配流程：上位機(jī)對(duì)于地址排序功能的實(shí)現(xiàn)依賴于下位機(jī)地址排序，當(dāng)上位機(jī)地址排序按鈕或電路合閘時(shí)，下位機(jī)執(zhí)行程序功能。上位機(jī)主控界面運(yùn)行后，發(fā)出地址排序命令，管理模塊將地址自動(dòng)修改為0，修改后地址數(shù)據(jù)傳送至設(shè)備，設(shè)備地址、排序命令等信息都在數(shù)據(jù)中。當(dāng)設(shè)備接收到上級(jí)沿線設(shè)備的數(shù)據(jù)后，設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的分配并對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，如果檢驗(yàn)通過(guò)，數(shù)據(jù)設(shè)備自動(dòng)修改為1，此后設(shè)備數(shù)據(jù)傳送至下個(gè)沿線設(shè)備中，直至傳送至終端設(shè)備，通過(guò)CAN總線在人機(jī)界面顯示。

如果數(shù)據(jù)檢驗(yàn)失敗，則本機(jī)設(shè)備向上一級(jí)設(shè)備反饋錯(cuò)誤，上級(jí)設(shè)備需重新進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)然后重新發(fā)送數(shù)據(jù)，共有4次發(fā)送數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)，如果4次后下級(jí)設(shè)備數(shù)據(jù)檢驗(yàn)依舊錯(cuò)誤，則表示設(shè)備總線發(fā)生故障，故障信息將在主機(jī)控制的人機(jī)界面顯示。帶式輸送機(jī)地址自動(dòng)分配流程圖如圖2所示。

對(duì)于人機(jī)界面的顯示以主控窗口為例，輸送機(jī)人機(jī)界面應(yīng)顯示：設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)主要有檢修控制、集中控制和就地控制三種模式，各個(gè)模式下都有相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，操作人員只需根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行控制模式的切換，當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)指示燈亮?xí)r，輸送機(jī)則處于運(yùn)行狀態(tài);具有故障復(fù)位、集控啟停等按鈕，通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊便可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能;并對(duì)輸送機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中溫度、速度等參數(shù)都會(huì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)顯示，當(dāng)輸送機(jī)跑偏時(shí)，可迅速對(duì)運(yùn)行技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2 輸送機(jī)故障監(jiān)測(cè)與診斷方法

礦井作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜和長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行是導(dǎo)致帶式輸送機(jī)故障的主要因素。故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于故障信息的診斷主要通過(guò)電流振動(dòng)信號(hào)對(duì)信號(hào)濾波、特征進(jìn)行提取分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障類型的快速、智能識(shí)別。當(dāng)帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中軸承轉(zhuǎn)速達(dá)到64 r/min，對(duì)輸送機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，分析得出信號(hào)振動(dòng)復(fù)雜，故此需要進(jìn)行降噪處理。降噪處理利用EEMD算法將噪音值降低為采集信號(hào)值的0.19倍，通過(guò)分解，得到不同尺度的特征頻率分量，對(duì)于特征頻率分量相關(guān)系數(shù)大于分離降噪信號(hào)的需重構(gòu)，剩余特征頻率分量重構(gòu)得到虛擬噪音信號(hào)，以此實(shí)現(xiàn)了信號(hào)和噪音的分離工作。

同時(shí)，為預(yù)防帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程發(fā)生火災(zāi)等災(zāi)害，需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶式輸送機(jī)作業(yè)環(huán)境的溫度、濕度。每間隔10m安裝監(jiān)測(cè)儀器，達(dá)到對(duì)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的分布式測(cè)量。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)的閾值與變化趨勢(shì)分析，預(yù)測(cè)是否存在發(fā)生火災(zāi)隱患。

3 應(yīng)用效果分析

為驗(yàn)證故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試重點(diǎn)是對(duì)自動(dòng)地址排序功能的調(diào)試、故障定位功能調(diào)試和技術(shù)參數(shù)的調(diào)試。對(duì)于自動(dòng)地址排序功能的調(diào)試，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，出現(xiàn)了排序失敗現(xiàn)象，通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)是RS485通訊程序紊亂造成，設(shè)備之間通訊錯(cuò)誤使得程序發(fā)送錯(cuò)誤，出錯(cuò)后的程序一直發(fā)送導(dǎo)致總線被占，進(jìn)而出現(xiàn)信息上傳錯(cuò)誤現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)通訊程序的修改，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)排序功能的穩(wěn)定運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的快速、準(zhǔn)確定位，調(diào)試采用閉鎖開(kāi)關(guān)模擬傳感器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量頻率范圍為300-1000Hz，測(cè)量信號(hào)以直流電形式輸出，通過(guò)該方法對(duì)運(yùn)行過(guò)程中帶式輸送機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)人機(jī)界面上設(shè)備故障診斷顯示信息，達(dá)到對(duì)故障的快速、準(zhǔn)確定位。

技術(shù)參數(shù)的的調(diào)試，主要是設(shè)置設(shè)運(yùn)行技術(shù)參數(shù)、配電箱參數(shù)，在實(shí)際設(shè)置的過(guò)程中，系統(tǒng)的回路控制器的通訊協(xié)議不標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致參數(shù)字節(jié)設(shè)置有限制，經(jīng)調(diào)試后，完成對(duì)技術(shù)參數(shù)的設(shè)置。

4 結(jié)論

本文針對(duì)現(xiàn)有礦用帶式輸送機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的不足，進(jìn)行了監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到以下結(jié)論：①綜合考慮設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況，從硬件和軟件兩方面對(duì)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)拓展，解決了煤礦惡劣環(huán)境下長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)的問(wèn)題;②在故障診斷研究中，通過(guò)EEMD算法實(shí)現(xiàn)了噪音信號(hào)的分離，實(shí)現(xiàn)了對(duì)故障類型的智能識(shí)別;③通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)排序功能的穩(wěn)定運(yùn)行和參數(shù)的順利設(shè)置，運(yùn)行過(guò)程中設(shè)備無(wú)故障，證明了此次優(yōu)化方案的成功性。

參考文獻(xiàn)：

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