皮帶運(yùn)輸機(jī)在線故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

唐文杰

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)翼城山凹煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 043500）

引言

皮帶運(yùn)輸機(jī)是一種重要的物料運(yùn)輸設(shè)備，具有運(yùn)量大、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，其運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性直接決定了物料運(yùn)輸?shù)陌踩浴Ｓ捎谶\(yùn)輸機(jī)的工作環(huán)境較為特殊，工作強(qiáng)度大，因此在使用過程中的故障種類多，每種故障發(fā)生時(shí)的位置、現(xiàn)象均存在較大的差異性。目前主要采用人工巡檢的模式對皮帶機(jī)運(yùn)行時(shí)的故障進(jìn)行檢查，但由于運(yùn)輸機(jī)的設(shè)備較長，人工巡檢效率低、安全性差，而且難以發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行時(shí)的隱含故障，給煤礦上的物料運(yùn)輸帶來了嚴(yán)重的安全隱患。

結(jié)合智能監(jiān)測與分析技術(shù)的發(fā)展，為了進(jìn)一步提升運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行安全性，本文提出了一種新的皮帶運(yùn)輸機(jī)在線故障診斷系統(tǒng)。通過統(tǒng)計(jì)運(yùn)輸機(jī)常見故障，并對故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，確定了各類故障的特征及判斷方法，通過在運(yùn)輸機(jī)上設(shè)置不同類型的傳感器，對運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行時(shí)的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，通過多數(shù)據(jù)信息綜合分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)對運(yùn)輸機(jī)各類運(yùn)行故障的綜合監(jiān)測、分析和故障預(yù)警，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行故障的快速判別和預(yù)警，故障識別率高達(dá)98.9%，

1 運(yùn)輸機(jī)故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

皮帶運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)行時(shí)主要是依靠驅(qū)動(dòng)滾筒和輸送帶之間的摩擦力來維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)的，為了保證輸送帶和驅(qū)動(dòng)滾筒之間的摩擦力，在黏彈性的輸送帶內(nèi)始終維持著較大的張緊力，由于長期受到落料沖擊或者張緊力不平衡等因素的影響，運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)行的過程中極易出現(xiàn)跑偏、輸送帶撕裂、打滑、電機(jī)故障等，嚴(yán)重影響了運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

通過對運(yùn)輸機(jī)以上運(yùn)行故障的分析，當(dāng)出現(xiàn)跑偏時(shí)會(huì)導(dǎo)致輸送帶內(nèi)張緊力變化、輸送帶位置變化，當(dāng)出現(xiàn)打滑后會(huì)導(dǎo)致輸送帶磨損加劇，在短時(shí)間內(nèi)的溫度上升，撕裂時(shí)會(huì)使輸送帶的外觀及磁場發(fā)生變化，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障后會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的電流和電壓出現(xiàn)異常，因此通過對運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測，即可對輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷[1]。

結(jié)合皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測需求，本文提出了一種新的皮帶運(yùn)輸機(jī)在線故障診斷系統(tǒng)，其整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 運(yùn)輸機(jī)故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1 可知，該運(yùn)輸機(jī)故障診斷系統(tǒng)主要包括了兩個(gè)部分，第一部分為控制模塊，主要是PLC 控制中心，配電組合模塊、各類通信模塊等。第二部分主要是沿線設(shè)備模塊，包括不同位置的下位機(jī)模塊、急停模塊、采集終端等。

控制模塊主要用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，將運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)顯示在監(jiān)控終端上，組合控制模塊，主要用于對運(yùn)輸機(jī)上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、制動(dòng)裝置、張緊裝置、漏電保護(hù)裝置等進(jìn)行控制，保證運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。沿線設(shè)備模塊主要用于對運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行智能監(jiān)測，保證各類數(shù)據(jù)信息傳遞的有效性。多功能語音模塊主要用于進(jìn)行語音通信，各類急停開關(guān)則用于在緊急狀態(tài)下進(jìn)行緊急人工制動(dòng)，保證運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行安全性。

2 監(jiān)控軟件布置及數(shù)據(jù)融合方案

為了滿足對運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測準(zhǔn)確性的需求，在對監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)和輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對各類傳感器的布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，在輸送及托輥的兩側(cè)布置了跑偏傳感器，用于對輸送帶的偏位情況進(jìn)行監(jiān)控，在輸送帶機(jī)架的下側(cè)輸送帶回程段設(shè)置輸送帶縱撕傳感器[2]，對輸送帶是否撕裂進(jìn)行判斷，在輸送帶和滾筒結(jié)合位置設(shè)置了溫度和煙霧傳感器，對是否出現(xiàn)打滑等進(jìn)行監(jiān)控，在落煤點(diǎn)處設(shè)置堆煤傳感器，避免出現(xiàn)堆煤和落煤情況，各個(gè)監(jiān)測傳感器的布置位置如圖2 所示[3]。

圖2 傳感器布置結(jié)構(gòu)示意圖

由于該監(jiān)控及報(bào)警系統(tǒng)需要對運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行時(shí)的各類信息進(jìn)行監(jiān)測，在單位時(shí)間內(nèi)獲取的數(shù)據(jù)信息量的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析方案是對一個(gè)信息進(jìn)行分析，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果來判斷輸送帶的運(yùn)行狀態(tài)，因此判斷結(jié)果極易受到輸送帶波動(dòng)的影響，產(chǎn)生誤報(bào)情況。

本文提出了一種基于多數(shù)據(jù)信息綜合分析的數(shù)據(jù)分析體系[4]，能夠?qū)Ω麝P(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過數(shù)據(jù)的推理和定位獲取故障特征，并在故障特征庫內(nèi)對故障類別進(jìn)行匹配，最終獲取故障類別并獲取故障的解決方案。在進(jìn)行多數(shù)據(jù)綜合分析時(shí)，采用了并行和散裝的數(shù)據(jù)相結(jié)合方式，根據(jù)不同的判斷方案對數(shù)據(jù)分析方式進(jìn)行靈活選擇。并行數(shù)據(jù)分析方案主要用于對多個(gè)傳感器的事故進(jìn)行綜合分析；散裝數(shù)據(jù)分析方式則主要是對單個(gè)傳感器的事故進(jìn)行判斷，對數(shù)據(jù)進(jìn)行融合后對故障的關(guān)鍵特征進(jìn)行提取、清洗，并由轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)進(jìn)行最終的診斷結(jié)果判斷，該多數(shù)據(jù)信息綜合分析流程如圖3 所示[5]。

3 軟件控制流程

在該自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，系統(tǒng)首先對各模塊進(jìn)行初始化處理，然后對監(jiān)測體系內(nèi)的各設(shè)備情況進(jìn)行地質(zhì)的智能分配，并對各設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行檢查，若設(shè)備或者系統(tǒng)異常則停止啟動(dòng)并發(fā)出報(bào)警信號，直到故障排除后才能重新啟動(dòng)。若無故障，則系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)啟動(dòng)，對驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號，驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)、張緊裝置工作，使輸送機(jī)開始運(yùn)行，在運(yùn)行過程中對運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行故障定位和報(bào)警，避免運(yùn)輸機(jī)的帶傷運(yùn)行，產(chǎn)生更大的事故，該皮帶運(yùn)輸機(jī)在線故障診斷及報(bào)警控制流程如圖4 所示。

目前該運(yùn)輸機(jī)故障診斷及報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)在多個(gè)輸送機(jī)上投入了使用，在使用過程中表現(xiàn)出了極高的準(zhǔn)確性，根據(jù)監(jiān)測，在278 次故障預(yù)警中，誤報(bào)警或者報(bào)警錯(cuò)誤的次數(shù)為3 次，整體報(bào)警準(zhǔn)確率達(dá)到了98.9%，顯著提升了運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié)論

1）運(yùn)輸機(jī)故障診斷系統(tǒng)主要包括控制模塊和沿線設(shè)備模塊，能夠?qū)\(yùn)輸機(jī)運(yùn)行中的各種關(guān)鍵信息進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析；

2）基于多數(shù)據(jù)信息綜合分析的數(shù)據(jù)分析體系，能夠?qū)Χ鄶?shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷分析，解決了傳統(tǒng)單數(shù)據(jù)分析可靠性低、精確性差的問題；

3）該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行故障的快速判別和預(yù)警，故障識別率高達(dá)98.9%，對提升運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性具有十分重要的意義。