礦用帶式輸送機安全預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計研究

帥文華

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山縣木瓜煤礦， 山西 呂梁 033102）

引言

帶式輸送機因其具有操作簡單、運輸量大、設(shè)備維護方便等特點，在煤礦作業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。但是帶式輸送機的工作環(huán)境差，常常掉落固體顆粒、粉塵到輸送機的一些回轉(zhuǎn)機構(gòu)中；同時帶式輸送機工作量比較大，處于高負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)。這也導(dǎo)致皮帶輸送機容易產(chǎn)生故障，從而對企業(yè)的生產(chǎn)造成影響[1]。

常規(guī)的對皮帶輸送機故障的判斷，基本上依靠人工判斷。但一些托輥軸承的故障，外觀幾乎沒有變化，內(nèi)部可能產(chǎn)生卡滯現(xiàn)象，容易導(dǎo)致傳送帶與托輥之間由滾動摩擦變?yōu)閯幽Σ痢幽Σ習(xí)?dǎo)致皮帶溫度增加，可靠性降低，容易導(dǎo)致皮帶斷裂等故障的發(fā)生。帶式輸送機屬于較長的設(shè)備，在遠處無法及時有效地對設(shè)備進行監(jiān)控。所以開發(fā)一套遠處安全檢測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對設(shè)備信號的采集、初級故障的識別與判斷[2]，對輸送機的維護使用具有重要意義。

1 帶式輸送機常見故障

及早發(fā)現(xiàn)帶式輸送機的故障，并作出正確的診斷，可以有效降低因設(shè)備故障導(dǎo)致的損失，間接地提高了生產(chǎn)效率。常見的帶式輸送機故障有皮帶跑偏、托輥卡滯、托輥軸承破壞失效、皮帶打滑等，其中最為常見的故障為托輥軸承的失效。

1）皮帶跑偏：皮帶在長時間偏載荷的作用下，容易跑著皮帶出現(xiàn)跑偏的問題，也可能是在帶式輸送機運行過程中因給料不正，此類故障比較容易判斷，發(fā)生跑偏時，人員容易識別[3-4]。

2）托輥卡滯：由于托輥安裝位置精確度不夠、軸承承受載荷不均，或者是安全不當(dāng)導(dǎo)致托輥軸承失效。

3）皮帶撕裂：常見原因為物料棱角對皮帶造成損壞，長時間工作皮帶產(chǎn)生斷裂[5]。

分析眾多帶式輸送機常見故障，從根源上判斷，排除由于人員操作不當(dāng)可能會導(dǎo)致皮帶跑偏、斷裂等現(xiàn)象，其大部分故障均與托輥相關(guān)。

2 預(yù)警系統(tǒng)總體框架的建立

針對目前在日常運行過程中礦用帶式輸送機檢測、監(jiān)控的手段少，存在很大的不確定性、盲目性，不能精準(zhǔn)及時對設(shè)備狀態(tài)進行把控[6]，本文設(shè)計開發(fā)礦用帶式輸送機安全預(yù)警系統(tǒng)，首先對系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架進行分析與建立，本小節(jié)對系統(tǒng)的框架設(shè)計做簡要說明，在分析帶式輸送機故障分類、特征，以及對預(yù)警系統(tǒng)用戶需求的基礎(chǔ)上，基于原監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的WEB 三層信息架構(gòu)的信息系統(tǒng)。

基于用戶對帶式輸送機智能診斷預(yù)警系統(tǒng)的實際需求分析，并結(jié)合系統(tǒng)常見的使用功能模塊，確定系統(tǒng)主要包含如下3 個功能模塊：用戶設(shè)置模型、歷史信息采集模塊、安全預(yù)警處理模塊。

用戶設(shè)置模型：主要包含用戶信息管理、系統(tǒng)使用與設(shè)置等，為用戶提供指導(dǎo)操作的幫助模塊，簡化操作使用界面。

安全預(yù)警處理模塊：實時預(yù)警，主要是基于采集的振動信號，通過信號分析、處理，提取故障特征頻率。基于此頻率，對設(shè)備的故障類別作出診斷，輸出控制信號。

歷史信息查詢：主要是既往預(yù)警信息的記錄，方便查閱統(tǒng)計規(guī)律。

3 預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與功能實現(xiàn)

3.1 預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計

3.1.1 系統(tǒng)界面的設(shè)計

對于體統(tǒng)界面的開發(fā)同樣重要，主要實現(xiàn)該系統(tǒng)各項功能，提供快速、可視化的操作按鈕，具有良好的人機交互界面，較容易上手，同時簡約、美觀大方。如下頁圖1 所示，為系統(tǒng)界面的主要功能布置區(qū)域說明，界面依據(jù)其具體功能劃分四個板塊，根據(jù)不同的區(qū)域做如下簡要說明：

功能模塊菜單：主要包含用戶管理與幫助、歷史信息查詢、安全預(yù)警信息的查詢等根菜單目錄，基本功能的實現(xiàn)。

預(yù)警及處理現(xiàn)實區(qū)：主要是顯示近期發(fā)生的安全預(yù)警數(shù)據(jù)，顯示預(yù)警類型、發(fā)生時間、應(yīng)對處理手段等指導(dǎo)性信息。

系統(tǒng)安全評價：采用不同的統(tǒng)計圖顯示，累計的預(yù)警數(shù)據(jù)，方便統(tǒng)計觀察規(guī)律，對系統(tǒng)的維護提供便利，統(tǒng)計信息以不同顏色表示，紅色表示需要立即處理，黃色表示需要提前注意，綠色代表設(shè)備當(dāng)前沒問故障。

統(tǒng)計發(fā)生率區(qū)：對帶式輸送機所發(fā)生的各類安全預(yù)警情況進行統(tǒng)計，并以不同危險等級表示餅狀圖，顯示設(shè)備已經(jīng)發(fā)生過的故障狀態(tài)。

圖1 系統(tǒng)主界面功能布置

3.1.2 統(tǒng)功能模塊的設(shè)計及實現(xiàn)

與主流使用的數(shù)據(jù)庫（SQL Server、Oracle ）相比，My SQL 擁有眾多優(yōu)勢，如執(zhí)行效率更高，易于學(xué)習(xí)。本文對預(yù)警系統(tǒng)的研究采用了以My SQL 為基礎(chǔ)支撐，可以存儲系統(tǒng)監(jiān)測與產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，基于My SQL環(huán)境下開發(fā)，對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)信息進行調(diào)用等，實現(xiàn)對后臺數(shù)據(jù)的訪問。

系統(tǒng)前端主要依據(jù)原有界面系統(tǒng)，改進集約化調(diào)整，系統(tǒng)界面上各個功能模塊之間的邏輯關(guān)系整合，實現(xiàn)系統(tǒng)Web 操作界面。使用者只需要使用Web 瀏覽器即可實現(xiàn)對系統(tǒng)頁面的訪問與操作。如圖2 所示為本文研究的礦用帶式輸送機安全預(yù)警系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

為了檢驗安全預(yù)警系統(tǒng)實際使用情況，現(xiàn)根據(jù)臨汾市某工廠煤礦帶式輸送機的數(shù)據(jù)，首先現(xiàn)場布置傳感器，系統(tǒng)對傳感器所采集的數(shù)據(jù)每3 s 發(fā)起一次數(shù)據(jù)訪問。采集的數(shù)據(jù)將被系統(tǒng)所記錄，并對其進行分析。在系統(tǒng)顯示區(qū)域繪制實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的曲線，同時分析托輥的振動信號、電機外殼溫度信息等，在用戶設(shè)定好安全閾值后，系統(tǒng)可以對所采集的數(shù)據(jù)進行判斷。

系統(tǒng)對所采集的數(shù)據(jù)進行分析，并通過折線圖與柱狀圖直觀反饋給用戶，根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)分析，得到實驗監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)，如圖3 所示。折線圖與柱狀圖可以幫助使用者了解設(shè)備的狀況，可以反應(yīng)托輥的振動信息、特征頻率；也可以顯示電機外殼的溫度；傳動皮帶的帶速等信息。同時，統(tǒng)計圖以不同顏色顯示，紅色代表警示。系統(tǒng)能夠很好地應(yīng)用于帶式輸送機的安全預(yù)警，對帶式輸送機使用與維護提供了巨大幫助。

圖2 系統(tǒng)運行主界面

圖3 系統(tǒng)實時運行狀況界面

4 預(yù)警系統(tǒng)測試效果分析

為了進一步了解改進系統(tǒng)的綜合性能，在臨汾市某工廠煤礦帶式輸送機上進行測試應(yīng)用。測試時長為4 個月，全天24 h 監(jiān)控。系統(tǒng)完成了對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行記錄、處理，并實時對輸送機狀態(tài)進行顯示。如下頁圖4 所示，為系統(tǒng)監(jiān)測4 個月后，對歷史信息的統(tǒng)計結(jié)果。

根據(jù)系統(tǒng)實際應(yīng)用測試的結(jié)果，分別顯示了各種故障所占比例，以及故障時間分布情況。從左側(cè)柱狀圖可得，綠色為安全，達到綠色運行的天數(shù)為50 d。橙色為基本安全，期間有較小的故障發(fā)生。紅色嚴(yán)重故障發(fā)生時間，在測試周期中有20 d 運行狀態(tài)較差。故障原因分析主要發(fā)生故障依次為：電機故障、斷帶故障、打滑故障。通過對測試結(jié)果的分析，顯示系統(tǒng)實現(xiàn)了對輸送機的監(jiān)測以及對各種故障的判斷，對輸送帶監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用具有借鑒意義。

圖4 系統(tǒng)運行統(tǒng)計結(jié)果

5 結(jié)論

1）針對目前主流帶式輸送機故障排除困難、診斷不及時等現(xiàn)實問題，提出My SQL 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的礦用帶式輸送機安全預(yù)警系統(tǒng)，探究對帶式輸送機故障的提前預(yù)警、診斷的新方法。

2）對預(yù)警系統(tǒng)進行了長達四個月的實驗測試，顯示系統(tǒng)實現(xiàn)了對輸送機的監(jiān)測以及對各種故障的判斷，達到設(shè)計改進目標(biāo)，對輸送帶監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用具有借鑒意義。

3）設(shè)計改進了礦用帶式輸送機安全預(yù)警系統(tǒng)，完成對系統(tǒng)的框架搭建與設(shè)計。最后基于臨汾某帶式輸送機現(xiàn)場布置實驗，對預(yù)警系統(tǒng)功能進行了檢測，檢測結(jié)果良好，達到預(yù)期設(shè)計功能，可以為用戶在對帶式輸送機進行故障診斷與維護時提供參考。