煤礦主井皮帶運(yùn)輸機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)研究

鄂思佳

（陽煤集團(tuán)五礦， 山西 陽泉 045000）

引言

長期以來對于皮帶機(jī)的管理與維護(hù)都依靠現(xiàn)場工作人員的監(jiān)測與管理，而皮帶機(jī)作為中間重要的物料轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)，出現(xiàn)故障將嚴(yán)重影響液壓的生產(chǎn)效益。因此，提高皮帶機(jī)故障預(yù)警能力，對皮帶機(jī)運(yùn)行的各型參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，建立一套遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)十分有必要。

皮帶機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)可以有效保障設(shè)備的安全運(yùn)行，防止安全事故的發(fā)生，減輕設(shè)備維護(hù)人員工作量。監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)主要依據(jù)對設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控，設(shè)備的監(jiān)測信號經(jīng)計算機(jī)分析與處理，可以分析得到設(shè)備的潛在故障源。系統(tǒng)可以預(yù)測設(shè)備故障的發(fā)展趨勢，判斷出設(shè)備的故障特性，并提前發(fā)出預(yù)警。在線監(jiān)測系統(tǒng)基于遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，輔以故障診斷技術(shù)，該系統(tǒng)主要包括皮帶機(jī)狀態(tài)監(jiān)測、故障分析、故障預(yù)警等三大核心功能[1]。

1 皮帶運(yùn)輸機(jī)常見故障

皮帶機(jī)由于其工作載荷高、工作時間長，容易產(chǎn)生各類故障，一般而言皮帶機(jī)常見的故障類型包括皮帶故障、托輥故障、鏈條故障等。其中皮帶故障所占比例最高，據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，皮帶故障約占所有故障的45%左右。下面主要以常見的皮帶故障為例做簡單介紹。

1）皮帶撕裂。主要是由于皮帶機(jī)的受力不均勻造成皮帶的受力不均勻而產(chǎn)生撕裂；皮帶撕裂的誘因是皮帶使用時間過久出現(xiàn)了老化問題。

2）斷帶。皮帶的斷裂主要原因是在皮帶機(jī)運(yùn)行過程中，遇到較大的沖擊載荷，在沖擊載荷作用下皮帶發(fā)生斷裂。

3）皮帶打滑。皮帶打滑的主要原因是皮帶所受的摩擦力小于材料沿斜面向下的重力分力，從而導(dǎo)致皮帶出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。其他類型皮帶故障包括皮帶跑偏等，由于篇幅有限，不做展開討論[4]。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 監(jiān)測系統(tǒng)功能

1）皮帶機(jī)狀態(tài)實時監(jiān)控功能。首先是實現(xiàn)對皮帶機(jī)狀態(tài)參數(shù)包括振動、溫度、速度等信息的實時采集。本系統(tǒng)可實現(xiàn)對皮帶機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集，并及時地將所采集的信號傳輸至地面控制中心。

2）異常情況的預(yù)警功能。預(yù)警功能對于在線監(jiān)控系統(tǒng)是一個重要的部分。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)潛在故障特征時，根據(jù)需要發(fā)出預(yù)警，為管理人員采取措施預(yù)留了寶貴的處理時間[5]。

3）數(shù)據(jù)記錄功能。該項功能主要用于記錄下皮帶機(jī)運(yùn)行的各項參數(shù)，該系統(tǒng)可以每隔10 s 時間就對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存儲，為皮帶機(jī)狀態(tài)分析、故障診斷等提供了數(shù)據(jù)支撐。

4）數(shù)據(jù)查詢功能。本系統(tǒng)為用戶提供了多種的數(shù)據(jù)查詢功能，用戶不僅可以查閱皮帶機(jī)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄，同時可以繪制統(tǒng)計與分析結(jié)果。

2.2 監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了更為方便、安全、高效地對皮帶機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，設(shè)計了一套皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)布局示意圖如圖1 所示。監(jiān)控系統(tǒng)的信號來自于兩部分，主要包括巡檢設(shè)備所采集的檢測信號以及可編程控制器中輸出的信號。

巡檢設(shè)備對皮帶機(jī)的狀態(tài)判斷是通過各種傳感器實現(xiàn)的，并由無線通信方式傳導(dǎo)給狀態(tài)監(jiān)控控制中心。可編程控制器則主要接收布置于皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)之上或周圍的傳感器所采集的數(shù)據(jù)，最后皮帶機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)會根據(jù)兩道輸入信號進(jìn)行識別，發(fā)現(xiàn)有皮帶機(jī)異常時，作出全面監(jiān)測并發(fā)出預(yù)警。

圖1 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

皮帶機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)主要由井下監(jiān)控站與地面控制站構(gòu)成，系統(tǒng)采用了分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計，圖2所示為系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)示意圖。監(jiān)控系統(tǒng)地面設(shè)備為地面控制中心以及信息顯示模塊；地面與井下通過地面環(huán)網(wǎng)進(jìn)行連接通信。井下主要布置了數(shù)據(jù)采集器、控制分站以及各類傳感器。下面對系統(tǒng)中的主要傳感器設(shè)備作簡要說明[6]。

1）皮帶機(jī)的速度傳感器選擇了德國西門子公司的ECP-ET 型速度傳感器，該傳感器安裝于皮帶機(jī)傳動滾筒之上，可精準(zhǔn)采集皮帶滾輪速度。

2）溫度傳感器選用的是HS300 溫度傳感器，主要布置于滾筒個軸、鏈輪軸以及電機(jī)的傳動軸等關(guān)鍵部件上，以了解結(jié)構(gòu)的溫度，防止此類旋轉(zhuǎn)機(jī)械溫升過高，對結(jié)構(gòu)造成損傷。

3）皮帶張力傳感器選擇了XC-QJ400 型張力傳感器，作為直接了解皮帶狀態(tài)的傳感器，該傳感器通過對皮帶內(nèi)部張力的監(jiān)測，判斷出皮帶所處的狀態(tài)。

4）皮帶跑偏傳感器，選擇型號為SJC-U900 的傳感器，皮帶在運(yùn)行過程中常產(chǎn)生皮帶跑偏的情況，為了避免皮帶跑偏對生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)挠绊懀鑼ζУ臓顟B(tài)進(jìn)行監(jiān)測。

圖2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

皮帶機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)的主控制程序在MicroWIN 環(huán)境下開發(fā)完成，該主控制程序根據(jù)系統(tǒng)功能的不同，嵌入不同的子程序。主程序主要負(fù)責(zé)界面控制、數(shù)據(jù)的輸入與輸出，監(jiān)控系統(tǒng)的各項具體功能均由子程序?qū)崿F(xiàn)。軟件編程是與第三方專業(yè)團(tuán)隊合作完成的，圖3 所示為系統(tǒng)運(yùn)行的界面示意圖。

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行主界面

系統(tǒng)運(yùn)行主界面主要包括巡檢視頻區(qū)、皮帶機(jī)故障監(jiān)測區(qū)、巡檢量狀態(tài)監(jiān)測區(qū)、固定量狀態(tài)監(jiān)測區(qū)等。巡檢設(shè)備主要負(fù)責(zé)對皮帶機(jī)各個區(qū)域進(jìn)行動態(tài)監(jiān)視與狀態(tài)監(jiān)測，用戶可以在該功能下查閱巡檢設(shè)備實時的監(jiān)控畫面。固定量狀態(tài)監(jiān)測區(qū)域主要顯示皮帶機(jī)各傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括關(guān)鍵位置溫度信息、皮帶張力、電機(jī)電流與電壓等信息。皮帶機(jī)故障監(jiān)測區(qū)主要負(fù)責(zé)對系統(tǒng)所采集的信號進(jìn)行分析，并判斷設(shè)備有無故障，若出現(xiàn)潛在故障特征信號，系統(tǒng)會通過亮起不同的燈以示警告。巡檢量狀態(tài)監(jiān)測的數(shù)據(jù)主要反映了巡檢設(shè)備的狀態(tài)，方便操作人員進(jìn)行干預(yù)。

5 系統(tǒng)監(jiān)控測試效果分析

為了進(jìn)一步驗證系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，將該系統(tǒng)投入煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場初期的5 個月進(jìn)行試用。試用的結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠完成對皮帶機(jī)監(jiān)控數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析、故障識別、預(yù)警能力等。

系統(tǒng)可對皮帶機(jī)采集的信號進(jìn)行處理分析，并發(fā)出故障預(yù)警。在測試中系統(tǒng)對各類型故障進(jìn)行了統(tǒng)計分析，根據(jù)分析結(jié)果可知，皮帶機(jī)發(fā)生驅(qū)動電機(jī)故障2 次、皮帶斷裂故障2 次。根據(jù)對該系統(tǒng)皮帶機(jī)狀態(tài)的初步故障診斷，可以對皮帶機(jī)實際故障分析與判斷提供有力參考，對于皮帶機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)的研究具有借鑒意義。

6 結(jié)論

皮帶機(jī)作為一種綜合性的現(xiàn)代化煤礦運(yùn)輸設(shè)備，由于其結(jié)構(gòu)相對簡單、工作效率高得到了廣泛應(yīng)用。保障皮帶機(jī)的正常連續(xù)且高效率的運(yùn)行，對于提高煤礦的生產(chǎn)效率具有重要意義。在線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計對皮帶機(jī)的故障識別、使用維護(hù)提供了有力參考，也為煤礦的生產(chǎn)提供了有力保障。