帶式輸送機(jī)智能巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用研究

張 鵬

（晉能控股裝備制造集團(tuán)金鼎山西煤機(jī)有限責(zé)任公司皮帶機(jī)制造分公司， 山西 晉城 048000）

引言

帶式輸送機(jī)是一種依靠輸送帶進(jìn)行物料傳輸?shù)脑O(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好、運(yùn)輸成本低的優(yōu)點(diǎn)，也因此成為煤礦井下應(yīng)用最普遍的一種物料運(yùn)輸工具。但由于井下綜采作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，輸送機(jī)在長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況下極易出現(xiàn)輸送帶撕裂、托輥組故障等問(wèn)題，給輸送機(jī)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。為了對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，各煤礦均設(shè)置有專門的巡查人員，但由于井下輸送機(jī)的運(yùn)行長(zhǎng)度普遍在3 km 左右，人工巡查不僅效率低而且安全性差，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的故障所在，而有線巡檢機(jī)器人運(yùn)行時(shí)則需要拖著長(zhǎng)長(zhǎng)的電纜，極易出現(xiàn)掛纜現(xiàn)象，也難以滿足巡查的可靠性需求。因此，結(jié)合井下輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行需求，運(yùn)用一種新的帶式輸送機(jī)智能巡查系統(tǒng)。

1 自動(dòng)巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在各故障類型中，對(duì)輸送帶跑偏的監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)位置傳感器來(lái)對(duì)輸送帶的偏位量進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)生故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出報(bào)警；對(duì)輸送帶撕裂的監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)撕裂識(shí)別裝置，基于壓敏原理及時(shí)對(duì)撕裂位置進(jìn)行判斷和預(yù)警；對(duì)輸送帶打滑的監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)滾筒運(yùn)行帶速進(jìn)行監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)；但對(duì)于托輥損壞的排查則完全依靠人工排查或者經(jīng)驗(yàn)來(lái)決策。因此，結(jié)合實(shí)際需求，本文所提出的自動(dòng)巡檢系統(tǒng)應(yīng)以排查托輥組運(yùn)行情況為重點(diǎn)，其自動(dòng)巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。

圖1 自動(dòng)巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

為了滿足井下復(fù)雜環(huán)境中巡查的可靠性需求，輸送機(jī)系統(tǒng)上的巡檢機(jī)器人采用了無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨福谘刂斔蜋C(jī)巡查過(guò)程中，對(duì)跑偏、撕裂、打滑、托輥損壞的故障信息以及井下氣體狀態(tài)、環(huán)境溫度等信息進(jìn)行收集，然后通過(guò)無(wú)線信號(hào)將相關(guān)信息傳輸給輸送機(jī)沿線分布的無(wú)線基站，最終傳輸至整個(gè)上位機(jī)系統(tǒng)，而后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和故障判別。該巡檢系統(tǒng)合理地選擇了巡檢要點(diǎn)，簡(jiǎn)化了巡檢系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，提升了巡檢效率和可靠性。

2 托輥組故障監(jiān)測(cè)

對(duì)托輥組常見(jiàn)故障進(jìn)行分析可知，托輥組故障會(huì)導(dǎo)致托輥運(yùn)行異常，通常情況下都會(huì)產(chǎn)生托輥組的機(jī)械振動(dòng)，從而導(dǎo)致其振動(dòng)信號(hào)和噪聲信號(hào)的異常，因此，提出了對(duì)托輥組進(jìn)行振動(dòng)及噪聲信號(hào)異常監(jiān)測(cè)的方案，托輥組故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2所示。

圖2 托輥組故障監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖

為了滿足對(duì)托輥組振動(dòng)和噪聲信號(hào)的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性，同時(shí)還要兼顧巡檢機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中的靈活性，在監(jiān)測(cè)托輥組振動(dòng)信號(hào)時(shí)采用了非接觸式信號(hào)采集裝置[2]，該裝置由信號(hào)采集和無(wú)線信息發(fā)射兩個(gè)模塊構(gòu)成，在運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)在獲取振動(dòng)和噪聲信號(hào)后，可將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行信息的分析和識(shí)別。

為了保證異常托輥組診斷的有效性，數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)在獲取到信號(hào)后，首先對(duì)信息進(jìn)行降噪處理，在大范圍的數(shù)據(jù)頻譜中獲取托輥的故障特質(zhì)信號(hào)，然后通過(guò)時(shí)頻進(jìn)行小范圍定點(diǎn)分析，找出托輥的故障頻率點(diǎn)，并計(jì)算出其振動(dòng)能力，最后通過(guò)人工智能判斷獲取托輥組的運(yùn)行狀態(tài)，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

3 巡檢系統(tǒng)定位監(jiān)測(cè)

井下輸送機(jī)系統(tǒng)的分布范圍廣、距離長(zhǎng)，為了更快地定位故障，需要對(duì)巡檢機(jī)器人的位置狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此，結(jié)合巡檢機(jī)器人的運(yùn)行需求，提出采用RFID 模塊來(lái)對(duì)井下巡檢機(jī)器人位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方案[3]。該自動(dòng)巡檢定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 機(jī)器人巡檢定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖3 可知，在該巡檢定位系統(tǒng)中，在輸送機(jī)的不同位置設(shè)置RFID 模塊，然后將不同模塊的位置地址設(shè)置到數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，巡檢機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中可獲取到對(duì)應(yīng)RFID 模塊的信息，然后自動(dòng)對(duì)這些地址進(jìn)行定位，從而快速獲取巡檢機(jī)器人的位置信息，以滿足監(jiān)測(cè)精確性的需求。

4 巡檢系統(tǒng)應(yīng)用分析

為了進(jìn)一步提升巡檢系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果，對(duì)該系統(tǒng)建立了直觀的監(jiān)測(cè)頁(yè)面，并對(duì)啟動(dòng)巡檢、停止巡檢、系統(tǒng)設(shè)置、報(bào)表生成等常用的模塊進(jìn)行單獨(dú)劃分，有效地提升了系統(tǒng)的實(shí)際操作便捷性，其監(jiān)測(cè)界面如圖4 所示。

圖4 巡檢系統(tǒng)定位界面示意圖

經(jīng)過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，自動(dòng)巡檢系統(tǒng)能夠自主對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)托輥組故障的識(shí)別準(zhǔn)確性達(dá)到了96.7%，同時(shí)取消了人工巡檢崗位，單條輸送機(jī)平均減員1 人，故障診斷方案靈活可靠，對(duì)提升輸送機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性具有十分重要的意義。

5 結(jié)論

1）對(duì)托輥組進(jìn)行振動(dòng)和噪聲信號(hào)異常監(jiān)測(cè)，能夠兼顧監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性和巡查靈活性的需求。

2）利用RFID 模塊對(duì)井下巡檢機(jī)器人位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方案應(yīng)用靈活性高，能夠快速獲取巡檢機(jī)器人的位置信息，滿足監(jiān)測(cè)精確性的需求。

3）該自動(dòng)巡查系統(tǒng)，對(duì)托輥組故障的識(shí)別準(zhǔn)確性達(dá)到了96.7%，單條輸送機(jī)平均減員1 人，故障診斷方案靈活可靠，對(duì)提升輸送機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性具有十分重要的意義。