帶式輸送機在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計研究

姚光偉

（山西新陽清潔能源有限公司，山西 陽泉 045000）

1 概 況

帶式輸送機根據(jù)摩擦傳動原理，由傳動滾筒帶動輸送帶運轉(zhuǎn)，將物料運輸至目的地。帶式輸送機相較于傳統(tǒng)運輸方式，具有運輸量大、適用范圍廣、輸送距離長、維護成本低等優(yōu)勢，可以實現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)運，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用。山西兆豐鋁電氧化鋁分公司使用的是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，其中苛性堿溶液加熱以蒸汽作為熱源，蒸汽由熱電廠燃煤鍋爐提供。熱電廠燃煤鍋爐帶式輸送機負責將燃煤輸送至原煤倉內(nèi)儲備，再輸送至鍋爐進行燃燒，保障蒸汽穩(wěn)定供應，確保生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定進行。

兆豐鋁電氧化鋁公司燃煤電廠鍋爐車間1 號帶式輸送機型號DT75，帶寬B=1 000 mm，帶速V=2.0 m/s，長度L=133 m，最大輸送量Q=800 t/h；電機型號Y2-280S-4，電機功率N=75 kW，電機轉(zhuǎn)速n=1 480 r/min，煤倉漏斗采用單板式結(jié)構(gòu)。目前該燃煤電廠鍋爐車間采用人工巡檢的方式確保帶式輸送機安全可靠運行，但存在人工成本高、工作環(huán)境差且存在安全隱患的問題，而且人工巡檢往往不能第一時間發(fā)現(xiàn)輸送機故障，延誤維修時機，間接加大了輸送機的維護成本和難度。因此針對這一情況，決定設計研究配套的帶式輸送機在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測設備運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)帶式輸送機運行中出現(xiàn)的異常，為維運人員處理故障奠定基礎。

2 帶式輸送機在線監(jiān)測系統(tǒng)功能

根據(jù)兆豐鋁電氧化鋁公司燃煤電廠的需求和鍋爐車間1 號帶式輸送機型實際情況，設計在線監(jiān)測系統(tǒng)的單元功能。

2.1 實時監(jiān)測功能

目前該電廠帶式輸送機的運行狀態(tài)主要依靠操作人員巡檢檢查，通常巡檢時間間隔為2 h。該方式受巡檢人員的技能水平、責任心、時間差等因素的影響，帶式輸送機故障率一直較高，而且一但發(fā)現(xiàn)異常，基本屬于嚴重問題，故障處理所需時間較長，給安全高效生產(chǎn)帶來不利影響。因此，建立的遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)須能對帶式輸送機運行狀況進行實時監(jiān)測，一旦帶式輸送機出現(xiàn)故障，維修人員便可立即在線獲得故障數(shù)據(jù)，能有效提高檢修效率。根據(jù)現(xiàn)場要求，在線監(jiān)測系統(tǒng)應具備振動監(jiān)測、溫度監(jiān)測、速度監(jiān)測、皮帶跑偏監(jiān)測、堆煤監(jiān)測等功能。

2.2 異常預警及故障報警功能

帶式輸送機出現(xiàn)故障，都有一定的先兆，監(jiān)測系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)，要進行預警提醒，提示相關(guān)人員帶式輸送機出現(xiàn)異常，便于維修人員可以盡早的采取應對措施。如果帶式輸送機出現(xiàn)較為嚴重的故障，監(jiān)測系統(tǒng)要發(fā)出聲光報警信號，同時緊急停機，確?，F(xiàn)場工作人員的安全，維修人員也能及時進行檢查維修，避免故障深化。

2.3 智能信息采集記錄及檢索功能

目前該電廠帶式輸送機運行參數(shù)由操作人員進行現(xiàn)場收集和記錄，費時費力也容易出錯。設計的在線監(jiān)測系統(tǒng)應具備對帶式輸送機各項參數(shù)信息進行自動收集并記錄的功能，數(shù)據(jù)信息存檔間隔時間設定為30 s，并且可自動生成日報表、周報表、月報表及年度報表等，為設備維運人員提供詳盡有效的歷史運行數(shù)據(jù)。同時，設計的在線監(jiān)測系統(tǒng)設置有報表信息查詢按鈕、歷史曲線查詢按鈕、報警按鈕等，相關(guān)人員可以實時查詢數(shù)據(jù)。

3 帶式輸送機在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

此次設計的帶式輸送機在線監(jiān)測系統(tǒng)包括3 部分，即為物理傳感部分、信息收集及傳輸部分、數(shù)據(jù)處理和顯示部分，如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of on-line monitoring system for belt conveyor

（1）在物理傳感結(jié)構(gòu)部分，包括多種傳感器裝置，如溫度傳感器、振動傳感器、煙霧傳感器等，這些傳感器裝置的主要作用是對帶式輸送機實時狀況進行監(jiān)測。

振動傳感器輸出信號為電流信號，電流范圍4～20 mA，運用隔離放大裝置對電流信號進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺妷盒盘柗秶?～5 V），并傳輸?shù)? 路EM231 模擬量擴展功能模塊中。溫度傳感器信號也為電流信號，電流范圍4～20 mA，可直接傳輸?shù)? 路EM231 模擬量擴展功能模塊中。其他傳感器對應的信號全部為數(shù)字信號，均可直接傳輸至EM221 數(shù)字量擴展功能模塊中。

（2）信息收集及傳輸部分主要是設置在輸送機輸煤現(xiàn)場的PLC 裝置和顯示觸摸屏，共設置3個。PLC 裝置對各個傳感器的數(shù)據(jù)信息進行收集處理，并傳輸至上位機，觸摸屏可實時顯示設備運行中各類參數(shù)。

（3）數(shù)據(jù)處理和顯示部分核心是上位機設備，上位機可顯示帶式輸送機運行實時數(shù)據(jù)，同時將收集到的各類數(shù)據(jù)進行存儲，生成相關(guān)報表和曲線圖等，供操作者參考。同時，帶式輸送機運行中發(fā)生異常情況或故障時，上位機進行報警，操作者可通過上位機掌握帶式輸送機異常和故障信息，及時采取相應措施。

4 帶式輸送機主要狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測

4.1 振動參數(shù)監(jiān)測

帶式輸送機屬于一種摩擦驅(qū)動以連續(xù)方式輸送物料的轉(zhuǎn)動設備，通過電機減速機或電動滾筒進行驅(qū)動。振動監(jiān)測點設置在轉(zhuǎn)軸較為困難，軸承結(jié)構(gòu)承載整個設備運行負荷，一旦設備出現(xiàn)振動，振動信號也會傳導至軸承結(jié)構(gòu)。故此次在線監(jiān)測系統(tǒng)的振動監(jiān)測點設置在軸承結(jié)構(gòu)區(qū)域，根據(jù)兆豐鋁電氧化鋁公司燃煤電廠鍋爐車間1 號帶式輸送機現(xiàn)場情況，將振動監(jiān)測位置設置在電機前后軸承端、減速機輸入和輸出軸端、液力耦合器前后軸端，如圖2 所示。

圖2 振動監(jiān)測點分布Fig.2 Distribution of vibration monitoring points

4.2 溫度參數(shù)監(jiān)測

軸承溫度是體現(xiàn)設備運轉(zhuǎn)狀況的一個重要指標。此次在線監(jiān)控系統(tǒng)溫度監(jiān)測點設置在軸瓦處，選用本安型溫度傳感器，型號為GWD150，該傳感器具有響應迅速、精度和靈敏度高等優(yōu)點。對采集到的溫度信號進行放大和整形處理，輸出標準頻率信號。溫度傳感器和模擬量擴展功能模塊的接線如圖3 所示。

圖3 溫度傳感器和模擬量擴展功能模塊的接線示意圖Fig.3 Wiring diagram of temperature sensor and analog expansion function module

4.3 速度參數(shù)監(jiān)測

速度傳感器對帶式輸送機皮帶速度進行監(jiān)測，當出現(xiàn)低速、打滑、斷帶等異常和故障時可以及時提供保護。選用GSH3.6 型速度傳感器，該傳感器通過繼電器進行信號輸出，將速度傳感器中的繼電器常開觸點和PLC 裝置中的數(shù)字信號輸入位置進行連接，如果帶式輸送機的輸送帶的運行速度偏離正常范圍，則繼電器常開觸點立即關(guān)閉，并向系統(tǒng)發(fā)出緊急制動信號，確保帶式輸送機的運行安全。速度傳感器接線如圖4 所示。

圖4 輸送帶速度參數(shù)傳感器接線示意圖Fig.4 Wiring diagram of conveyor speed parameter sensor

4.4 輸送帶跑偏參數(shù)監(jiān)測

輸送帶跑偏會造成物料灑落、帶邊磨損、皮帶撕裂等情況，選擇跑偏傳感器型號為GEJ30 型，設置在輸送帶兩側(cè)的支架結(jié)構(gòu)上。該型傳感器工作原理為當輸送帶發(fā)生跑偏時，皮帶會接觸探桿部件，探桿發(fā)生一定的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)至設定位置時，行程開關(guān)觸發(fā)，對外輸出相應的開關(guān)量信號，同時向在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出相應信號。

4.5 堆煤參數(shù)監(jiān)測

輸送帶積煤會造成皮帶打滑、物料運輸中斷等情況，需用堆煤傳感器進行監(jiān)測。選用GUJ30 型堆煤傳感器，設置在帶式輸送機機頭部位。當堆煤高度過高，和傳感器觸頭接觸時，觸桿發(fā)生一定的擺動，擺動至設定位置時，行程開關(guān)觸發(fā)，PLC 裝置收到動作信號。

4.6 煙霧參數(shù)監(jiān)測

電纜發(fā)熱、機械故障摩擦等可能引發(fā)輸送帶火災事故，可以用煙霧傳感器煙霧傳感器對現(xiàn)場煙霧進行監(jiān)測。選用GQQ5 煙霧傳感器，設置在滾筒下風向10～15 m 處。根據(jù)現(xiàn)場情況，設置當帶式輸送機所處區(qū)域煙霧濃度≥0.1 mg/m3時，煙霧進入煙霧傳感器煙室后，紅色指示燈閃爍，同時控制三級管導通，輸出低電平，煙霧故障指示燈亮，繼電器閉合，同時揚聲器發(fā)出語音報警。低平信號同步傳輸至PLC 裝置，主機實現(xiàn)保護并閉鎖，若要重新啟動皮帶，須在故障排除后，按下停止按鈕解鎖。

5 結(jié) 語

設計的在線監(jiān)測系統(tǒng)應用于兆豐鋁電氧化鋁公司燃煤電廠輸煤系統(tǒng)后，帶式輸送機現(xiàn)場操作更加便捷，有效運轉(zhuǎn)率顯著提升。系統(tǒng)自動生成的報表和現(xiàn)場點巡檢、檢修相一致。帶式輸送機出現(xiàn)異常狀況前，在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出的預警信息，操作人員可以及時采取應對措施，能夠有效防止設備故障擴大化。應用在線監(jiān)測系統(tǒng)后，檢修作業(yè)量顯著減少，設備檢修時間普遍縮減20%，帶式輸送機運轉(zhuǎn)率由原來的86%，提升至95%；輸煤車間皮帶巡檢崗位從原來每班3 人，減為每班1 人，人員勞動強度也明顯降低，經(jīng)濟效果顯著。