基于DSP的煤礦多級帶式輸送機智能故障檢測系統研究＊

韓望月

（山西工程職業學院，山西 太原 030006）

1 多級帶式輸送機

多級帶式輸送機在現代煤礦運輸工作中已經成為最理想的高效連續運輸設備,相比較于其他運輸設備來說,多級帶式煤礦運輸機可以運輸的煤礦量更大、可以連續不斷的運輸、運行起來也更加的可靠、運送的距離也更加長［1］。

翻閱大量資料后發現目前國內外為了提高帶式輸送機的性能，開發了許多保護裝置和新產品。如美國生產的抗沖擊支架可以吸收下落物料對輸送帶的沖擊。研究人員發現將碳黑與橡膠混合烴混合后具有膠狀特性，將其混合物覆蓋在輸送帶兩端，可以降低輸送帶表面磨耗。我國已開發了許多帶式輸送機綜合保護裝置，多數采用單片機為控制和保護核心器件。近年來隨著可編程控制器PLC技術的發展和成熟，逐漸取代了單片機的控制成為主要的控制和保護核心。

隨著現代工業生產效率要求的提高，傳統保護控制系統僅對故障進行檢測已滿足不了要求，還需要對檢測到的故障能進行自動辨別和適當調整。本設計提出的故障檢測系統對于能夠自動調整的故障將實現自動調整，對于無法完成自動調整的故障系統將作出報警并進行保護，使效率和安全同時得到兼顧，有效地提高了皮帶輸送機的智能化水平。

但在提高皮帶運輸機自動化程度和提高生產效率的過程中，多級皮帶輸送機產生大量數據、信息，需要實時處理。用單片機微處理器和PLC控制保護系統很難完成數據與信息的實時運算和仿真。DSP控制系統具有集約度更高和數據處理速度更快的優點，因此本文設計了以DSP為核心控制模塊的帶式輸送機綜合保護控制系統［2］。

2 有關多級帶式輸送機

在煤礦生產運輸中，為了在復雜的巷道內達到煤炭的高效運輸要求，往往會采用在不同區段布置多條輸送機，從而構成多級帶式輸送機運輸系統。多級帶式輸送機因其具有連續運輸能力大、工作運行阻力小、耗電量低、運輸運行距離長、使用運行壽命長等優勢而得到了廣泛的使用。帶式輸送機由機架、托輥驅動裝置、輸送帶、拉緊裝置和清掃裝置幾部分組成。帶式輸送機的工作原理是：膠帶繞經傳動、改向和拉緊滾筒接成環形，由拉緊裝置保證輸送帶運行所需的正常張力（如圖1）。運行時驅動裝置驅動傳動滾筒，傳動滾筒和膠帶兩者之間的摩擦力帶動膠帶運行，這樣，物料便隨著輸送帶運行到輸送機端部卸出，物料載入下一級輸送帶，以此規律最終將物料輸送到目的地。

圖1 帶式輸送機結構圖

3 帶式輸送機常見事故的預防

帶式輸送機運行過程中有時會發生火災事故，通過生產實踐和技術理論探索，總結出了帶式傳動輸送機發生火災事故的主要原因包括以下幾個方面，設計和制造方面的原因是使用非阻燃輸送帶或不合格的阻燃帶，另外也有可能是液力耦合器使用了不合格的易熔塞和可燃性介質；在運行中輸送帶長時間與物料、電纜、木塊等摩擦起火；在運行中因超載或由于輸送帶嚴重跑偏及部分托輥不轉等原因使輸送帶打滑，致使皮帶溫度急劇升高，如不能及時發現引起火災。

帶式輸送機運行過程中會發生膠帶打滑故障，主要是在運行過程中因超載導致膠帶阻力過大，在使用中沒有及時進行輸送帶的張緊度檢查造成膠帶張力不夠；煤礦井下環境復雜，在運行中不可避免的會發生因為煤粉等雜物導致膠帶與驅動滾簡之間摩擦系數減小等方面的情況，這些情況都會使帶式輸送機出現膠帶打滑的問題。另外當選擇使用非常具彈性或有阻燃性的煤礦制作輸送帶時,還極有可能會因部分煤礦傳動跑偏而直接增加部分煤礦輸送帶正常工作運行時的傳動阻力,使部分煤礦輸送帶內部發生嚴重打滑,甚至還會直接引起一些大型礦井內部發生嚴重火災事故。

輸送帶線路跑偏的各種預防措施主要包括:提高線路安裝技術質量；提高專用輸送帶線路接頭維護質量；加強線路巡回檢查與線路維護；保證線路裝載不偏；保證線路清掃維護裝置正常。

4 設備故障診斷系統

隨著我國現代化工業生產的不斷發展和科學生產技術的不斷進步,設備的整體結構越來越復雜,功能越來越齊全完善,自動化管理程度也越來越高。由于許多無法避免的環境因素的影響,有時這些設備可能會出現各種各樣的故障以致性能降低或完全失去了所預定的工作性能,甚至還會造成嚴重的災難性設備事故。這是存在于生產過程中的安全事故,同時機器設備發生損壞可能造成巨大的社會經濟損失、人員傷亡和環境污染。

設備運行故障異常診斷的工作目的主要是:（1）為了能及時、準確地對各種異常運行狀態或設備故障異常狀態設備做出故障診斷,預防或有效消除設備故障,對保證設備的正常運行狀況進行必要的技術指導,提高故障設備正常運行的工作可靠性、安全性和工作有效性以及把設備故障造成損失大大降低或達到行業最低水平。（2）為了保證工業設備能夠發揮最大的綜合設計利用能力,制定合理的設備檢查養護維修管理制度,以便在經濟允許的使用條件下,充分挖掘工業設備發展潛力,延長設備服役壽命期限和設備使用壽命,降低工業設備使用周期維護費用。（3）通過設備檢測結果監視、故障原因分析、性能質量評估等,為制造設備進行結構設計修改、優化裝備設計、合理規劃制造及設備生產的全過程管理提供數據和技術信息。

5 基于智能技術的設備故障檢測

智能化的設備故障自動檢測管理系統包括了對設備內部故障的檢測智能化、集成化和故障高精度化（如圖2）。集成化診斷是通過采用各種虛擬儀器處理技術的診斷平臺，將各類數據采集分析技術、信號信息處理分析技術和各種診斷系統理論研究方法有效地整合集成在一起，這樣用戶可根據實際應用需要對各種診斷系統性能進行技術升級和改善擴大診斷系統的性能測試應用范圍。

圖2 帶式輸送機智能故障檢測框圖

高精度化控制是運用先進的特征信號因子進行處理的技術方法，從原始控制信號中快速提取敏感的、能反映整個機器工作狀態的各種特征信號因子。比如煙霧傳感器檢測的信號超限時，系統能識別煙霧故障，但是引起煙霧故障的原因很多，這時系統就必須結合溫度傳感器的信息加以識別，而不是產生煙霧就要進行灑水操作。

智能化檢測系統主要具有專家系統和設備智能化檢測功能，能對各種設備維修技術、故障狀況性能進行實時檢測，并能準確診斷和找出各種設備技術故障可能發生的關鍵部位和故障原因，將煙霧、速度、跑偏、溫度、堆煤、緊急停車、張緊力、粉塵和撕裂等傳感器收集得到的信息進行提取，然后進行分析判斷，再和專家系統中故障信息作比較，確定故障類型和位置，最終做出決策判斷并執行相應的報警、調整或停機。

6 結論

綜上所述，設備故障診斷系統可以有效減少意外停機事件，增加設備的可利用率和提高生產效率。可以實時監測一些設備早期的故障,使得大修轉為小修,可以延長一些設備的維護周期,降低直接維護的成本。可以實時監測設備的振動,減少無用功,減少耗電,節約能源，同時可以延長設備的使用壽命,降低折舊成本。可以實現設備狀態智能化監控,減少設備維護人員。設備故障診斷對影響資本收益率因素的改善雖然很難達到其理論值,但是只要產生百分之一的效果就能取得豐厚的回報,該項投入具有無風險,高收益的特征。