帶式輸送機在線監測系統的設計研究

姚光偉

（山西新陽清潔能源有限公司，山西 陽泉 045000）

1 概 況

帶式輸送機根據摩擦傳動原理，由傳動滾筒帶動輸送帶運轉，將物料運輸至目的地。帶式輸送機相較于傳統運輸方式，具有運輸量大、適用范圍廣、輸送距離長、維護成本低等優勢，可以實現連續轉運，在工業生產中廣泛應用。山西兆豐鋁電氧化鋁分公司使用的是拜耳法生產氧化鋁，其中苛性堿溶液加熱以蒸汽作為熱源，蒸汽由熱電廠燃煤鍋爐提供。熱電廠燃煤鍋爐帶式輸送機負責將燃煤輸送至原煤倉內儲備，再輸送至鍋爐進行燃燒，保障蒸汽穩定供應，確保生產持續穩定進行。

兆豐鋁電氧化鋁公司燃煤電廠鍋爐車間1 號帶式輸送機型號DT75，帶寬B=1 000 mm，帶速V=2.0 m/s，長度L=133 m，最大輸送量Q=800 t/h；電機型號Y2-280S-4，電機功率N=75 kW，電機轉速n=1 480 r/min，煤倉漏斗采用單板式結構。目前該燃煤電廠鍋爐車間采用人工巡檢的方式確保帶式輸送機安全可靠運行，但存在人工成本高、工作環境差且存在安全隱患的問題，而且人工巡檢往往不能第一時間發現輸送機故障，延誤維修時機，間接加大了輸送機的維護成本和難度。因此針對這一情況，決定設計研究配套的帶式輸送機在線監測系統，實時監測設備運行狀況，及時發現帶式輸送機運行中出現的異常，為維運人員處理故障奠定基礎。

2 帶式輸送機在線監測系統功能

根據兆豐鋁電氧化鋁公司燃煤電廠的需求和鍋爐車間1 號帶式輸送機型實際情況，設計在線監測系統的單元功能。

2.1 實時監測功能

目前該電廠帶式輸送機的運行狀態主要依靠操作人員巡檢檢查，通常巡檢時間間隔為2 h。該方式受巡檢人員的技能水平、責任心、時間差等因素的影響，帶式輸送機故障率一直較高，而且一但發現異常，基本屬于嚴重問題，故障處理所需時間較長，給安全高效生產帶來不利影響。因此，建立的遠程在線監測系統須能對帶式輸送機運行狀況進行實時監測，一旦帶式輸送機出現故障，維修人員便可立即在線獲得故障數據，能有效提高檢修效率。根據現場要求，在線監測系統應具備振動監測、溫度監測、速度監測、皮帶跑偏監測、堆煤監測等功能。

2.2 異常預警及故障報警功能

帶式輸送機出現故障，都有一定的先兆，監測系統一旦發現，要進行預警提醒，提示相關人員帶式輸送機出現異常，便于維修人員可以盡早的采取應對措施。如果帶式輸送機出現較為嚴重的故障，監測系統要發出聲光報警信號，同時緊急停機，確保現場工作人員的安全，維修人員也能及時進行檢查維修，避免故障深化。

2.3 智能信息采集記錄及檢索功能

目前該電廠帶式輸送機運行參數由操作人員進行現場收集和記錄，費時費力也容易出錯。設計的在線監測系統應具備對帶式輸送機各項參數信息進行自動收集并記錄的功能，數據信息存檔間隔時間設定為30 s，并且可自動生成日報表、周報表、月報表及年度報表等，為設備維運人員提供詳盡有效的歷史運行數據。同時，設計的在線監測系統設置有報表信息查詢按鈕、歷史曲線查詢按鈕、報警按鈕等，相關人員可以實時查詢數據。

3 帶式輸送機在線監測系統結構設計

此次設計的帶式輸送機在線監測系統包括3 部分，即為物理傳感部分、信息收集及傳輸部分、數據處理和顯示部分，如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機在線監測系統結構Fig.1 Structure of on-line monitoring system for belt conveyor

（1）在物理傳感結構部分，包括多種傳感器裝置，如溫度傳感器、振動傳感器、煙霧傳感器等，這些傳感器裝置的主要作用是對帶式輸送機實時狀況進行監測。

振動傳感器輸出信號為電流信號，電流范圍4～20 mA，運用隔離放大裝置對電流信號進行轉換，轉變為電壓信號（電壓信號范圍0～5 V），并傳輸到8 路EM231 模擬量擴展功能模塊中。溫度傳感器信號也為電流信號，電流范圍4～20 mA，可直接傳輸到4 路EM231 模擬量擴展功能模塊中。其他傳感器對應的信號全部為數字信號，均可直接傳輸至EM221 數字量擴展功能模塊中。

（2）信息收集及傳輸部分主要是設置在輸送機輸煤現場的PLC 裝置和顯示觸摸屏，共設置3個。PLC 裝置對各個傳感器的數據信息進行收集處理，并傳輸至上位機，觸摸屏可實時顯示設備運行中各類參數。

（3）數據處理和顯示部分核心是上位機設備，上位機可顯示帶式輸送機運行實時數據，同時將收集到的各類數據進行存儲，生成相關報表和曲線圖等，供操作者參考。同時，帶式輸送機運行中發生異常情況或故障時，上位機進行報警，操作者可通過上位機掌握帶式輸送機異常和故障信息，及時采取相應措施。

4 帶式輸送機主要狀態參數的監測

4.1 振動參數監測

帶式輸送機屬于一種摩擦驅動以連續方式輸送物料的轉動設備，通過電機減速機或電動滾筒進行驅動。振動監測點設置在轉軸較為困難，軸承結構承載整個設備運行負荷，一旦設備出現振動，振動信號也會傳導至軸承結構。故此次在線監測系統的振動監測點設置在軸承結構區域，根據兆豐鋁電氧化鋁公司燃煤電廠鍋爐車間1 號帶式輸送機現場情況，將振動監測位置設置在電機前后軸承端、減速機輸入和輸出軸端、液力耦合器前后軸端，如圖2 所示。

圖2 振動監測點分布Fig.2 Distribution of vibration monitoring points

4.2 溫度參數監測

軸承溫度是體現設備運轉狀況的一個重要指標。此次在線監控系統溫度監測點設置在軸瓦處，選用本安型溫度傳感器，型號為GWD150，該傳感器具有響應迅速、精度和靈敏度高等優點。對采集到的溫度信號進行放大和整形處理，輸出標準頻率信號。溫度傳感器和模擬量擴展功能模塊的接線如圖3 所示。

圖3 溫度傳感器和模擬量擴展功能模塊的接線示意圖Fig.3 Wiring diagram of temperature sensor and analog expansion function module

4.3 速度參數監測

速度傳感器對帶式輸送機皮帶速度進行監測，當出現低速、打滑、斷帶等異常和故障時可以及時提供保護。選用GSH3.6 型速度傳感器，該傳感器通過繼電器進行信號輸出，將速度傳感器中的繼電器常開觸點和PLC 裝置中的數字信號輸入位置進行連接，如果帶式輸送機的輸送帶的運行速度偏離正常范圍，則繼電器常開觸點立即關閉，并向系統發出緊急制動信號，確保帶式輸送機的運行安全。速度傳感器接線如圖4 所示。

圖4 輸送帶速度參數傳感器接線示意圖Fig.4 Wiring diagram of conveyor speed parameter sensor

4.4 輸送帶跑偏參數監測

輸送帶跑偏會造成物料灑落、帶邊磨損、皮帶撕裂等情況，選擇跑偏傳感器型號為GEJ30 型，設置在輸送帶兩側的支架結構上。該型傳感器工作原理為當輸送帶發生跑偏時，皮帶會接觸探桿部件，探桿發生一定的旋轉，旋轉至設定位置時，行程開關觸發，對外輸出相應的開關量信號，同時向在線監測系統發出相應信號。

4.5 堆煤參數監測

輸送帶積煤會造成皮帶打滑、物料運輸中斷等情況，需用堆煤傳感器進行監測。選用GUJ30 型堆煤傳感器，設置在帶式輸送機機頭部位。當堆煤高度過高，和傳感器觸頭接觸時，觸桿發生一定的擺動，擺動至設定位置時，行程開關觸發，PLC 裝置收到動作信號。

4.6 煙霧參數監測

電纜發熱、機械故障摩擦等可能引發輸送帶火災事故，可以用煙霧傳感器煙霧傳感器對現場煙霧進行監測。選用GQQ5 煙霧傳感器，設置在滾筒下風向10～15 m 處。根據現場情況，設置當帶式輸送機所處區域煙霧濃度≥0.1 mg/m3時，煙霧進入煙霧傳感器煙室后，紅色指示燈閃爍，同時控制三級管導通，輸出低電平，煙霧故障指示燈亮，繼電器閉合，同時揚聲器發出語音報警。低平信號同步傳輸至PLC 裝置，主機實現保護并閉鎖，若要重新啟動皮帶，須在故障排除后，按下停止按鈕解鎖。

5 結 語

設計的在線監測系統應用于兆豐鋁電氧化鋁公司燃煤電廠輸煤系統后，帶式輸送機現場操作更加便捷，有效運轉率顯著提升。系統自動生成的報表和現場點巡檢、檢修相一致。帶式輸送機出現異常狀況前，在線監測系統發出的預警信息，操作人員可以及時采取應對措施，能夠有效防止設備故障擴大化。應用在線監測系統后，檢修作業量顯著減少，設備檢修時間普遍縮減20%，帶式輸送機運轉率由原來的86%，提升至95%；輸煤車間皮帶巡檢崗位從原來每班3 人，減為每班1 人，人員勞動強度也明顯降低，經濟效果顯著。