煤礦主井皮帶運輸機在線監測系統研究

鄂思佳

（陽煤集團五礦， 山西 陽泉 045000）

引言

長期以來對于皮帶機的管理與維護都依靠現場工作人員的監測與管理，而皮帶機作為中間重要的物料轉運環節，出現故障將嚴重影響液壓的生產效益。因此，提高皮帶機故障預警能力，對皮帶機運行的各型參數進行監測，建立一套遠程在線監控系統十分有必要。

皮帶機遠程在線監控系統可以有效保障設備的安全運行，防止安全事故的發生，減輕設備維護人員工作量。監控系統監測技術主要依據對設備狀態的監控，設備的監測信號經計算機分析與處理，可以分析得到設備的潛在故障源。系統可以預測設備故障的發展趨勢，判斷出設備的故障特性，并提前發出預警。在線監測系統基于遠程監控技術，輔以故障診斷技術，該系統主要包括皮帶機狀態監測、故障分析、故障預警等三大核心功能[1]。

1 皮帶運輸機常見故障

皮帶機由于其工作載荷高、工作時間長，容易產生各類故障，一般而言皮帶機常見的故障類型包括皮帶故障、托輥故障、鏈條故障等。其中皮帶故障所占比例最高，據相關資料統計，皮帶故障約占所有故障的45%左右。下面主要以常見的皮帶故障為例做簡單介紹。

1）皮帶撕裂。主要是由于皮帶機的受力不均勻造成皮帶的受力不均勻而產生撕裂；皮帶撕裂的誘因是皮帶使用時間過久出現了老化問題。

2）斷帶。皮帶的斷裂主要原因是在皮帶機運行過程中，遇到較大的沖擊載荷，在沖擊載荷作用下皮帶發生斷裂。

3）皮帶打滑。皮帶打滑的主要原因是皮帶所受的摩擦力小于材料沿斜面向下的重力分力，從而導致皮帶出現打滑現象。其他類型皮帶故障包括皮帶跑偏等，由于篇幅有限，不做展開討論[4]。

2 系統總體結構設計

2.1 監測系統功能

1）皮帶機狀態實時監控功能。首先是實現對皮帶機狀態參數包括振動、溫度、速度等信息的實時采集。本系統可實現對皮帶機狀態數據的采集，并及時地將所采集的信號傳輸至地面控制中心。

2）異常情況的預警功能。預警功能對于在線監控系統是一個重要的部分。當設備出現潛在故障特征時，根據需要發出預警，為管理人員采取措施預留了寶貴的處理時間[5]。

3）數據記錄功能。該項功能主要用于記錄下皮帶機運行的各項參數，該系統可以每隔10 s 時間就對數據進行記錄、存儲，為皮帶機狀態分析、故障診斷等提供了數據支撐。

4）數據查詢功能。本系統為用戶提供了多種的數據查詢功能，用戶不僅可以查閱皮帶機的歷史運行數據記錄，同時可以繪制統計與分析結果。

2.2 監測系統結構

為了更為方便、安全、高效地對皮帶機狀態進行監控，設計了一套皮帶機運行狀態監控監測系統。該系統的主要結構布局示意圖如圖1 所示。監控系統的信號來自于兩部分，主要包括巡檢設備所采集的檢測信號以及可編程控制器中輸出的信號。

巡檢設備對皮帶機的狀態判斷是通過各種傳感器實現的，并由無線通信方式傳導給狀態監控控制中心。可編程控制器則主要接收布置于皮帶機結構之上或周圍的傳感器所采集的數據，最后皮帶機監控系統會根據兩道輸入信號進行識別，發現有皮帶機異常時，作出全面監測并發出預警。

圖1 狀態監測系統結構示意圖

3 系統的硬件設計

皮帶機運行狀態監控系統主要由井下監控站與地面控制站構成，系統采用了分布式結構設計，圖2所示為系統硬件的結構示意圖。監控系統地面設備為地面控制中心以及信息顯示模塊；地面與井下通過地面環網進行連接通信。井下主要布置了數據采集器、控制分站以及各類傳感器。下面對系統中的主要傳感器設備作簡要說明[6]。

1）皮帶機的速度傳感器選擇了德國西門子公司的ECP-ET 型速度傳感器，該傳感器安裝于皮帶機傳動滾筒之上，可精準采集皮帶滾輪速度。

2）溫度傳感器選用的是HS300 溫度傳感器，主要布置于滾筒個軸、鏈輪軸以及電機的傳動軸等關鍵部件上，以了解結構的溫度，防止此類旋轉機械溫升過高，對結構造成損傷。

3）皮帶張力傳感器選擇了XC-QJ400 型張力傳感器，作為直接了解皮帶狀態的傳感器，該傳感器通過對皮帶內部張力的監測，判斷出皮帶所處的狀態。

4）皮帶跑偏傳感器，選擇型號為SJC-U900 的傳感器，皮帶在運行過程中常產生皮帶跑偏的情況，為了避免皮帶跑偏對生產運輸的影響，需對皮帶的狀態進行監測。

圖2 硬件系統設計

4 系統的軟件設計

皮帶機在線監控系統的主控制程序在MicroWIN 環境下開發完成，該主控制程序根據系統功能的不同，嵌入不同的子程序。主程序主要負責界面控制、數據的輸入與輸出，監控系統的各項具體功能均由子程序實現。軟件編程是與第三方專業團隊合作完成的，圖3 所示為系統運行的界面示意圖。

圖3 系統運行主界面

系統運行主界面主要包括巡檢視頻區、皮帶機故障監測區、巡檢量狀態監測區、固定量狀態監測區等。巡檢設備主要負責對皮帶機各個區域進行動態監視與狀態監測，用戶可以在該功能下查閱巡檢設備實時的監控畫面。固定量狀態監測區域主要顯示皮帶機各傳感器的監測數據，包括關鍵位置溫度信息、皮帶張力、電機電流與電壓等信息。皮帶機故障監測區主要負責對系統所采集的信號進行分析，并判斷設備有無故障，若出現潛在故障特征信號，系統會通過亮起不同的燈以示警告。巡檢量狀態監測的數據主要反映了巡檢設備的狀態，方便操作人員進行干預。

5 系統監控測試效果分析

為了進一步驗證系統的可靠性與穩定性，將該系統投入煤礦生產現場初期的5 個月進行試用。試用的結果表明，該系統能夠完成對皮帶機監控數據記錄、數據分析、故障識別、預警能力等。

系統可對皮帶機采集的信號進行處理分析，并發出故障預警。在測試中系統對各類型故障進行了統計分析，根據分析結果可知，皮帶機發生驅動電機故障2 次、皮帶斷裂故障2 次。根據對該系統皮帶機狀態的初步故障診斷，可以對皮帶機實際故障分析與判斷提供有力參考，對于皮帶機在線監控系統的研究具有借鑒意義。

6 結論

皮帶機作為一種綜合性的現代化煤礦運輸設備，由于其結構相對簡單、工作效率高得到了廣泛應用。保障皮帶機的正常連續且高效率的運行，對于提高煤礦的生產效率具有重要意義。在線監控系統的設計對皮帶機的故障識別、使用維護提供了有力參考，也為煤礦的生產提供了有力保障。