選礦企業(yè)皮帶運(yùn)輸機(jī)智能控制與管理

張科明 楊玉武 張奧森

（鞍山鋼鐵集團(tuán)有限公司東鞍山燒結(jié)廠）

皮帶運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題有設(shè)備完好率差，皮帶運(yùn)輸機(jī)的頭、尾輪的軸線平行度在設(shè)備安裝時(shí)精度不夠，設(shè)備運(yùn)行以后缺少調(diào)整而導(dǎo)致設(shè)備跑偏、打滑，增加了事故發(fā)生的概率［1-6］；膠帶和托輥質(zhì)量差，使用壽命短；崗位工人對(duì)設(shè)備的了解和專(zhuān)業(yè)化程度、處理事故的能力有限，經(jīng)常導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)，給企業(yè)造成損失。在皮帶運(yùn)輸機(jī)管理方面，存在管理缺失和管理不到位，對(duì)于膠帶和托輥的采購(gòu)不切合實(shí)際，采購(gòu)的物品質(zhì)量不高。這些都是導(dǎo)致皮帶運(yùn)輸機(jī)事故發(fā)生、運(yùn)行效率低的原因。通過(guò)智能控制改造，提高管理意識(shí)，改變招投標(biāo)形式，提高崗位工人的素質(zhì)等方式，可以從根本上解決相關(guān)問(wèn)題。

1 皮帶運(yùn)輸機(jī)容易出現(xiàn)的故障和問(wèn)題

1.1 跑偏

跑偏是皮帶運(yùn)輸機(jī)最常見(jiàn)的問(wèn)題，也是最難解決的問(wèn)題。跑偏會(huì)導(dǎo)致撒料，加大清掃量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生劃傷膠帶等重大惡性事故，直接影響生產(chǎn)。

1.2 堵漏

皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)通過(guò)漏斗轉(zhuǎn)運(yùn)物料，當(dāng)物料堵住漏斗時(shí)，物料會(huì)堆撒在地上，嚴(yán)重時(shí)會(huì)壓住皮帶，造成嚴(yán)重惡性事故。

1.3 打 滑

皮帶運(yùn)輸機(jī)打滑是驅(qū)動(dòng)裝置在工作，尾輪轉(zhuǎn)速降低，嚴(yán)重時(shí)壓住膠帶，造成物料堆積，膠帶磨斷，燒毀電機(jī)。

1.4 劃 傷

由于運(yùn)送的散料中混有金屬利器，在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)漏斗時(shí)，刺傷膠帶卡在漏斗壁上形成杠桿，輕則劃傷膠帶，重則導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

1.5 安全事故

皮帶運(yùn)輸機(jī)的頭輪、尾輪、沉輪處是容易傷人的部位，當(dāng)清掃和處理發(fā)生的故障時(shí)，人員處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。

2 皮帶運(yùn)輸機(jī)智能控制

2.1 智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能控制系統(tǒng)共有六大功能，對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)的問(wèn)題和故障進(jìn)行智能化處理，確保安全運(yùn)行，提高運(yùn)行效率。系統(tǒng)由信號(hào)采集探頭、PEC系列控制器、驅(qū)動(dòng)裝置、工程師站、無(wú)線基站構(gòu)成。檢測(cè)元件采集運(yùn)行中的相應(yīng)信號(hào)，并對(duì)運(yùn)行中的異常信息進(jìn)行上傳；智能控制系統(tǒng)能自動(dòng)處理皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的故障現(xiàn)象；控制器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)事故現(xiàn)象進(jìn)行處理。皮帶機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

2.2 調(diào)偏裝置

皮帶運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，由于多種原因會(huì)出現(xiàn)跑偏，膠帶偏離中心線，向一側(cè)偏離。嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致下料口漏料，沿皮帶運(yùn)行方向撒料，也會(huì)發(fā)生膠帶立起劃傷的惡性事故。跑偏檢測(cè)裝置采用紅外技術(shù)，以皮帶機(jī)中心線為基點(diǎn)，當(dāng)皮帶跑偏時(shí)，造成發(fā)光管遮擋，輸出信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到一級(jí)和二級(jí)信號(hào)時(shí)，自動(dòng)調(diào)偏裝置電機(jī)運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)活架子進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)檢測(cè)到三級(jí)信號(hào)時(shí)，立即輸出指令停車(chē)。從檢測(cè)信號(hào)到調(diào)整，反應(yīng)時(shí)間為5 s。調(diào)偏裝置見(jiàn)圖2。

2.3 防撕裂裝置

防撕裂檢測(cè)裝置采用視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，取代以往各種接觸式的傳感器，具有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、使用成本低的優(yōu)勢(shì)，能實(shí)時(shí)監(jiān)控皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)檢測(cè)皮帶運(yùn)輸機(jī)膠帶撕裂、劃傷情況。當(dāng)膠帶出現(xiàn)撕裂劃傷時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警并彈出問(wèn)題照片，快速準(zhǔn)確地提供皮帶運(yùn)行狀態(tài)信息，同時(shí)控制器發(fā)出指令，設(shè)備停機(jī)，反應(yīng)時(shí)間為5 s，可避免造成更大事故。防撕裂監(jiān)控照片見(jiàn)圖3。

2.4 打滑處理系統(tǒng)

皮帶機(jī)出現(xiàn)打滑的原因是膠帶松弛，導(dǎo)致頭輪帶動(dòng)膠帶運(yùn)行的摩擦力降低。如果不及時(shí)處理打滑，來(lái)料系統(tǒng)繼續(xù)供料，會(huì)發(fā)生物料堆積，壓住膠帶。而頭輪繼續(xù)運(yùn)行，會(huì)讓膠帶壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致膠帶斷裂，燒毀電機(jī)。

打滑處理系統(tǒng)見(jiàn)圖4。系統(tǒng)為兩部分，其一為機(jī)械部分，由絲杠和滑道構(gòu)成；其二為控制部分，由控制器和伺服電機(jī)構(gòu)成。皮帶運(yùn)輸機(jī)尾輪為被動(dòng)輪，通過(guò)速度檢測(cè)器檢測(cè)到尾輪轉(zhuǎn)速降低時(shí)，輸出信號(hào)給控制器，控制器發(fā)出指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，絲杠動(dòng)作，推動(dòng)尾輪移動(dòng)。尾輪運(yùn)動(dòng)可以加大膠帶張緊度，解決打滑問(wèn)題。通過(guò)絲杠運(yùn)動(dòng)，也可以調(diào)整頭輪和尾輪軸線平行度，避免膠帶跑偏。

系統(tǒng)為智能控制，根據(jù)多年現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)，當(dāng)尾輪的轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速的差不小于10%，運(yùn)行時(shí)間不小于30 s時(shí)，或者速度差不小于20%，運(yùn)行時(shí)間不小于12 s時(shí)，定義為皮帶機(jī)打滑，這時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)開(kāi)始動(dòng)作。智能控制系統(tǒng)還可以定期檢測(cè)頭輪和尾輪兩軸線平行度是否在額定值內(nèi)，如有偏差，就進(jìn)行調(diào)整。出現(xiàn)打滑現(xiàn)象后，信息上傳至來(lái)料系統(tǒng)，使其停止供料，如果情況嚴(yán)重，停車(chē)報(bào)警。當(dāng)打滑現(xiàn)象解除后，上傳信息給來(lái)料系統(tǒng)，恢復(fù)運(yùn)行。系統(tǒng)從發(fā)現(xiàn)到調(diào)整，反應(yīng)時(shí)間為5 s，調(diào)整區(qū)間根據(jù)設(shè)備情況而定。

2.5 堵漏處理系統(tǒng)

針對(duì)堵漏問(wèn)題，在皮帶運(yùn)輸機(jī)的漏斗上方安裝識(shí)別聯(lián)動(dòng)攝像頭，漏斗內(nèi)設(shè)置識(shí)別標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)振打和事故停車(chē)，可有效防止事故擴(kuò)大化。識(shí)別聯(lián)動(dòng)攝像頭對(duì)運(yùn)行中的轉(zhuǎn)運(yùn)漏斗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，正常落料的情況下，振打裝置定時(shí)啟動(dòng)，每間隔60 min振打一次，每次振打1～2 min，發(fā)現(xiàn)堵漏遮擋住識(shí)別標(biāo)識(shí)時(shí)，停止皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。出現(xiàn)堵漏現(xiàn)象后，信息上傳至來(lái)料系統(tǒng)，停止供料。當(dāng)堵漏現(xiàn)象解除后，上傳信息給來(lái)料系統(tǒng)，恢復(fù)運(yùn)行，系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間為5 s。轉(zhuǎn)運(yùn)漏斗見(jiàn)圖5。

2.6 安全保護(hù)裝置

安全防護(hù)設(shè)施為三部分，其一為機(jī)械防護(hù)，在容易傷人的部位安裝機(jī)械防護(hù)板；其二是紅外保護(hù)，在容易傷人的區(qū)域安裝紅外光柵保護(hù)網(wǎng)；其三是視頻識(shí)別聯(lián)動(dòng)，在容易傷人的區(qū)域安裝識(shí)別聯(lián)動(dòng)攝像頭。識(shí)別聯(lián)動(dòng)攝像頭監(jiān)測(cè)到人員進(jìn)入監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)，進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警。紅外傳感器只要觸發(fā)，立即停車(chē)。這樣可以提高安全防護(hù)的可靠性，確保安全。光柵安全防護(hù)見(jiàn)圖6。

2.7 人機(jī)交互系統(tǒng)

皮帶運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，其電機(jī)和減速機(jī)容易出現(xiàn)異常故障，如果對(duì)這些故障不能準(zhǔn)確定性和及時(shí)處理，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞，系統(tǒng)停產(chǎn)。因此，建立人機(jī)交互系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。人機(jī)交互界面見(jiàn)圖7。

電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)是檢測(cè)運(yùn)行中電機(jī)的電流、電壓、震動(dòng)和電機(jī)輸出端的轉(zhuǎn)速，了解電機(jī)的運(yùn)行情況，采集數(shù)據(jù)傳至基站。減速機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)是檢測(cè)運(yùn)行中減速機(jī)的震動(dòng)、靜態(tài)時(shí)潤(rùn)滑油液面高度和溫度，了解減速機(jī)的狀況，采集數(shù)據(jù)傳至基站。系統(tǒng)由檢測(cè)探頭和基站構(gòu)成。通過(guò)IMS管理平臺(tái)，將所有現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、診斷和上傳。如發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)報(bào)警和通知相關(guān)人員。

3 皮帶運(yùn)輸機(jī)的管理

3.1 皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)維現(xiàn)狀

目前清掃、運(yùn)轉(zhuǎn)、維護(hù)設(shè)備實(shí)施包保；托輥由廠方采購(gòu)，由崗位工人負(fù)責(zé)更換；運(yùn)輸機(jī)膠帶由廠方采購(gòu)、膠接，由廠內(nèi)專(zhuān)門(mén)的隊(duì)伍或雇外單位完成更換，每年都需要一大筆費(fèi)用。同時(shí)，膠接的質(zhì)量不如膠帶廠家，膠帶備品也是由廠方自備。

現(xiàn)在皮帶運(yùn)輸機(jī)使用的膠帶是由公司的相關(guān)部門(mén)統(tǒng)一采購(gòu)。使用單位提出規(guī)格數(shù)量要求，由管理部門(mén)提交到公司進(jìn)行招標(biāo)采購(gòu)。由于投標(biāo)單位的惡性競(jìng)爭(zhēng)，膠帶生產(chǎn)廠家大多使用再生膠，降低膠帶的制作成本，影響膠帶質(zhì)量，導(dǎo)致膠帶的使用壽命減少。招標(biāo)部門(mén)逐年降低采購(gòu)價(jià)格，使用單位逐年增加使用費(fèi)用，膠帶采購(gòu)低價(jià)位，現(xiàn)場(chǎng)使用高消耗。膠帶的質(zhì)量直接影響運(yùn)行效率。

企業(yè)中托輥采用招標(biāo)采購(gòu)，實(shí)行低價(jià)位中標(biāo)。這樣采購(gòu)的托輥使用壽命短，有的使用周期不到半年，有的甚至不到3個(gè)月。托輥的輥皮薄，一般在3 mm以下；托輥軸承質(zhì)量差、壽命短。由于托輥的完好率低，增加了膠帶和托輥間的摩擦力和膠帶磨損，加大了電機(jī)的負(fù)載，導(dǎo)致拖動(dòng)電耗加大，影響運(yùn)行效率。

皮帶運(yùn)輸機(jī)的崗位看護(hù)人員素質(zhì)普遍不高，由于培訓(xùn)不夠，崗位工人對(duì)設(shè)備不了解，出現(xiàn)問(wèn)題不知如何處理，有時(shí)責(zé)任心不強(qiáng)，設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，導(dǎo)致事故頻發(fā)。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備狀況

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況是設(shè)備完好率較差，經(jīng)常發(fā)生故障，導(dǎo)致運(yùn)行效率低。主要問(wèn)題是尾輪和頭輪的軸線平行度差偏大，維護(hù)檢修不夠；膠帶質(zhì)量差，韌性不夠，使用周期短；托輥質(zhì)量不好，運(yùn)行壽命短，現(xiàn)場(chǎng)的托輥完好率低于80%，甚至更低，導(dǎo)致拖動(dòng)電耗大。

3.3 包保管理

膠帶承包要求膠帶的質(zhì)量好，柔軟度好，壽命長(zhǎng)，同時(shí)負(fù)責(zé)提供備品和膠帶的膠接。膠帶的使用壽命長(zhǎng)，減少了更換膠帶所用的時(shí)間，生產(chǎn)效率得到提高。同時(shí)，合理設(shè)計(jì)膠帶的層數(shù)，也會(huì)降低膠帶的采購(gòu)成本。由用戶提出使用標(biāo)準(zhǔn)，膠帶廠家按用戶的實(shí)際需求制作膠帶。誰(shuí)提供膠帶，誰(shuí)負(fù)責(zé)膠帶的膠接，誰(shuí)負(fù)責(zé)提供備品。這樣廠方會(huì)減少資金的占用和生產(chǎn)費(fèi)用。

托輥包保制作要求是輥壁使用5 mm以上厚的高頻焊管，軸承的使用壽命為2萬(wàn)h，托輥端蓋密封耐壓4個(gè)大氣壓，托輥壽命必須達(dá)2 a以上。托輥采用一次更換的方法，就是利用全停時(shí)間，將皮帶機(jī)的托輥全部更新。下一次更換由承包單位負(fù)責(zé)，還是采用一次更換的方法。這樣，可以確保托輥的完好率在95%以上，甚至達(dá)到98%左右，使托輥的更換周期為20個(gè)月以上，利用廠內(nèi)全停時(shí)間，合理安排更換日期。

皮帶運(yùn)輸機(jī)的清掃與維護(hù)實(shí)施包保，承包方設(shè)置清掃隊(duì)伍，白班進(jìn)行清掃，可以一天掃一次，也可以間隔一天清掃，以不影響設(shè)備運(yùn)行為原則。要安裝好的清掃器，加強(qiáng)維護(hù)，減少漏料，可有效減少清掃量。

皮帶運(yùn)輸機(jī)實(shí)施總承包，膠帶和托輥為一家供給。對(duì)于廠方，托輥完好率達(dá)95%以上，運(yùn)行效率大幅提高。對(duì)于承包方，換下來(lái)的舊托輥更換軸承后可重復(fù)使用，提高效益。所以實(shí)行總承包可獲得雙贏的效果。

4 效益分析

（1）皮帶運(yùn)輸機(jī)智能控制系統(tǒng)應(yīng)用可以減少70%的崗位人員，一個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)大約有十幾條皮帶運(yùn)輸機(jī)，可以安排2個(gè)人在值班室守候，如果現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理。智能控制系統(tǒng)提高了設(shè)備運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)了故障早發(fā)現(xiàn)、早處理，有效地避免重大惡性事故的發(fā)生。

（2）皮帶運(yùn)輸機(jī)實(shí)施包保，可以減少設(shè)備管理人員，原來(lái)的招標(biāo)管理體系可以撤銷(xiāo)，相關(guān)的管理人員等可以減少；原來(lái)廠內(nèi)的專(zhuān)業(yè)膠接隊(duì)伍可以撤銷(xiāo)，改做其他工作。承包方負(fù)責(zé)膠帶備品采購(gòu)、膠帶的膠接，企業(yè)可以節(jié)省相關(guān)的材料消耗和膠接費(fèi)用，減少資金占用；同時(shí)，高質(zhì)量的材料備件可以減少設(shè)備檢修時(shí)間，延長(zhǎng)保養(yǎng)周期，提高生產(chǎn)運(yùn)行效率。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著礦山企業(yè)信息化的日益發(fā)展，選礦設(shè)備智能化改造已成為必然的趨勢(shì)。智能控制系統(tǒng)能對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題做到早發(fā)現(xiàn)和智能化處理，減少生產(chǎn)停機(jī)，有效避免人員和設(shè)備的傷害事故。智能化程度提高了，生產(chǎn)效率自然會(huì)大幅提高。實(shí)行皮帶運(yùn)輸機(jī)整體承包，包保人員專(zhuān)業(yè)化更強(qiáng)，且便于管理，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備采購(gòu)、維護(hù)、保養(yǎng)一體化。設(shè)備智能化，管理專(zhuān)業(yè)化，企業(yè)減少了人員，提高了設(shè)備完好率和生產(chǎn)效率，大大降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，對(duì)于當(dāng)前礦山系統(tǒng)改造，建設(shè)數(shù)字化、智能化礦山有著重要的意義。