礦石皮帶機運行巡檢無人化模式研究及應(yīng)用

楊麗華，王明月，丁明星

(山東港口日照港集團嵐山港務(wù)有限公司，山東 日照 276800 )

1 研究背景

礦石自動化系統(tǒng)是一套集碼頭皮帶機卸船、管帶機疏港為一體的專業(yè)化、自動化系統(tǒng)，可實現(xiàn)礦石卸船至堆場，再從堆場至山鋼、日鋼兩大鋼廠的輸送，也可實現(xiàn)卸船到鋼廠的直通聯(lián)運。系統(tǒng)皮帶機共有26條，全長約27.2 km，通過18座轉(zhuǎn)運站環(huán)環(huán)相扣，其中單機最長約3.6 km(見圖1)。目前的巡檢主要依靠人工巡檢，人員高空行走巡查一遍至少需要3 h，勞動強度大，危險系數(shù)高。

圖1 礦石自動化系統(tǒng)沿線

2 主要技術(shù)及創(chuàng)新點

本文在研究傳統(tǒng)巡檢方式的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)業(yè)務(wù)實際情況，將技術(shù)手段與管理模式相結(jié)合，對皮帶機巡檢模式進行研究與改革。通過改善設(shè)備性能狀況，充分利用全面封閉隔離、兩級監(jiān)控互補、人員實時定位、智能機器人巡檢等信息化、自動化手段，對現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施、生產(chǎn)作業(yè)、檢修工作區(qū)域進行全方位管控，較好地改善了長距離皮帶機巡檢及生產(chǎn)管理粗放問題，達到安全、省工、降低工人勞動強度的目的，形成皮帶機運行時無人巡檢、停機后對設(shè)備進行全方位、全覆蓋檢查、維護、保養(yǎng)的管理模式，達到安全高效運行的目標[1]。

2.1 實施“三位一體”封閉隔離，實現(xiàn)全面安全防護

從設(shè)備與人員的安全有效隔離著手，最大程度降低人員闖入、觸碰設(shè)備導(dǎo)致的安全風險，提升皮帶機接觸范圍內(nèi)的安全性。

2.1.1 設(shè)備重點高風險位置單區(qū)域封閉

對滾筒、電機、配重、轉(zhuǎn)動部位等設(shè)備重點高風險部位進行單區(qū)域隔離，杜絕人員靠近危險設(shè)備及區(qū)域，如圖2和圖3所示。

圖2 滾筒區(qū)域隔離

圖3 配重區(qū)域隔離

2.1.2 巡檢路線全面封閉隔離

管帶機展開段加防護網(wǎng)至成管段(見圖4)；普通皮帶機沿線回程托輥全線隔離(見圖5)；為保障清料安全，在轉(zhuǎn)運站內(nèi)清料拋料點加裝清料護網(wǎng)。

2.1.3 轉(zhuǎn)運站大區(qū)域封閉隔離

對18個轉(zhuǎn)運站、堆取料機軌道梁進行大區(qū)域封閉隔離，對山鋼、日鋼接口處進行門禁上鎖管理。

2.1.4 門禁連鎖皮帶機上位系統(tǒng)

將門禁并入皮帶機系統(tǒng)，人員進出塔可實時在監(jiān)控畫面顯示。上位機中顯示有人、無人信號，對進出入轉(zhuǎn)接站人員進行全面管控，同時在上位機中設(shè)置“皮帶機啟動復(fù)位按鈕”權(quán)限，進一步限制皮帶機誤啟動[2]。

圖4 管帶機展開段隔離防護網(wǎng)

圖5 普通皮帶機沿線隔離防護網(wǎng)

2.2 提升監(jiān)控覆蓋率，實現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域模塊化管理

皮帶機在生產(chǎn)過程中長時間負載運行，設(shè)備自身極易發(fā)生故障，需要對其全線設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，傳統(tǒng)監(jiān)控巡檢模式難以勝任這項龐雜的工作。面對這項難題，本文分三步完成了對監(jiān)控使用管理模式的優(yōu)化升級。

2.2.1 提升監(jiān)控覆蓋率

將原有視頻監(jiān)控全部升級為高清數(shù)字監(jiān)控，經(jīng)過全面梳理，在原有29個監(jiān)控攝像頭優(yōu)化調(diào)整的基礎(chǔ)上，再新增44個，系統(tǒng)高清監(jiān)控攝像頭累計達251個，實現(xiàn)了皮帶機關(guān)鍵部位、二級以上風險點視頻全覆蓋。

2.2.2 推行二級監(jiān)控管理

在現(xiàn)場班組分別建設(shè)3個二級監(jiān)控室，在中央集控室全面管控的基礎(chǔ)上，讓現(xiàn)場班組對各自所屬區(qū)域?qū)嵭兄攸c管控。運行中設(shè)備的監(jiān)控點在中控室監(jiān)控電視墻上全覆蓋顯示，各區(qū)域運行中設(shè)備的監(jiān)控點在現(xiàn)場班組監(jiān)控電視墻對應(yīng)顯示，形成中控、現(xiàn)場兩級監(jiān)控巡檢，實現(xiàn)設(shè)備管控互補。

2.2.3 分級別、分流程顯示畫面

為降低監(jiān)控圖像切換、監(jiān)視任務(wù)量，根據(jù)運料流程、重要程度逐一對監(jiān)控畫面進行梳理、歸類，對監(jiān)控區(qū)域進行模塊化管理，形成一級監(jiān)控位置靜止顯示，二級監(jiān)控位置滾動顯示，克服監(jiān)控巡檢任務(wù)龐雜難題。

2.2.4 人員實時定位，實現(xiàn)位置狀態(tài)管控

為確保最大程度降低作業(yè)人員進入現(xiàn)場的安全，采用GPS定位系統(tǒng)對現(xiàn)場作業(yè)人員進行精準定位?，F(xiàn)場工作人員每人佩戴電子工位卡，可在后臺實時查看人員位置和運行軌跡，對人員進行實時跟蹤、提醒，確保作業(yè)人員位置狀態(tài)管控到位。

2.3 安全保護裝置升級，實現(xiàn)運行巡檢無人化

皮帶機設(shè)備運行的穩(wěn)定性及安全保護裝置可靠性是進行設(shè)備運行巡檢無人化的基礎(chǔ)。在管理優(yōu)化的基礎(chǔ)上，還通過技術(shù)改造創(chuàng)新以及智能化、信息化手段夯實設(shè)備可靠性基礎(chǔ)。

2.3.1 提升設(shè)備運行可靠性，升級安全保護裝置

通過對皮帶機主要故障類型進行分析，對跑偏、堵料等皮帶機高頻故障進行專項研討。通過改造雙面料流調(diào)節(jié)裝置(見圖6)、加裝自動糾偏托輥組(見圖7)、空載扭轉(zhuǎn)反向調(diào)節(jié)、制作更換加長型托輥等，有效實現(xiàn)調(diào)偏調(diào)扭。

圖6 雙面料流調(diào)節(jié)裝置改造

圖7 加裝自動糾偏托輥組

安全裝置是保障系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵。原堵料開關(guān)不能有效檢測料堵，溜槽內(nèi)堵料現(xiàn)象時有發(fā)生，為保障系統(tǒng)的安全運行，通過應(yīng)用上下游料流開關(guān)、改造限料裝置(見圖8)、改造“鼠夾式”堵料開關(guān)(見圖9)、對安全保護裝置實施升級改造。大幅提升安全保護裝置的有效性，實現(xiàn)溜槽堵料預(yù)警防控。

圖8 限料裝置改造

圖9 “鼠夾式”堵料開關(guān)

2.3.2 探索信息化手段，推進智能機器人巡檢

智能巡檢機器人(見圖10)運用圖像識別、熱成像、識音分析等技術(shù)，對長距離管帶機輸送過程中設(shè)備異常狀況和環(huán)境工況進行定時、定點、定量的移動式巡檢。

圖10 智能巡檢機器人

3 效益分析

通過全面封閉隔離、兩級監(jiān)控互補、人員實時定位等手段，以皮帶機運行無人巡檢模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)巡檢模式，大幅降低勞務(wù)用工，實現(xiàn)安全高效全程設(shè)備管控，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

3.1 經(jīng)濟效益

傳統(tǒng)皮帶機巡檢模式，每條皮帶機至少配備2名巡檢人員，按照三班倒機制，每條皮帶機需要6名巡檢人員。對巡檢模式改進后，平均每4條皮帶機配備2名巡檢人員，勞務(wù)用工成本降為原有的1/4。目前共有皮帶機26條，按照每人5 000元/月的用工成本，年度節(jié)省5 000×6×3×12=108萬元。

多項技術(shù)、管理提升措施大幅降低生產(chǎn)停機時間，按照每年輸送系統(tǒng)溜管堵料10次、卸船系統(tǒng)堵料10次，每次節(jié)省清料時間24 h計算。依據(jù)礦石系統(tǒng)輸送礦砂時平均作業(yè)效率約5 000 t/h，每年提高運量240萬t，礦砂運費7.5元/t，運送礦砂成本約5.5元/t，年可增加利潤約480萬元。

3.2 社會效益

運行巡檢無人化模式最大限度實現(xiàn)了人機分離，從根本上保障了皮帶運行過程中操作、維修人員的人身安全。人員只需要在設(shè)備停機時進場巡檢，勞動強度降低。避免運行巡檢環(huán)境下粉塵、噪音等職業(yè)健康問題，作業(yè)環(huán)境大為改善。

4 應(yīng)用推廣

日照港嵐山公司的皮帶機運行巡檢無人模式的研究與應(yīng)用在同行業(yè)解決了人工+監(jiān)控巡檢模式下存在的突出問題，各項創(chuàng)新措施環(huán)環(huán)相扣，大幅推進了皮帶機運行管理向無人化邁進的發(fā)展速度。隨著巡檢機器人擴大使用范圍，此巡檢模式將產(chǎn)生更大效益。同時，本項目通過風險等級梳理、安全保護裝置改造、二級監(jiān)控互補、智能巡檢機器人等技術(shù)與管理手段實現(xiàn)皮帶機設(shè)備運行巡檢無人化，對國內(nèi)皮帶機行業(yè)設(shè)備巡檢模式改革和人機隔離、本質(zhì)化安全建設(shè)具有較大的借鑒意義，可在港口、礦山、冶金、電廠等行業(yè)進行推廣應(yīng)用。