礦用帶式輸送機(jī)安全預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

帥文華

（霍州煤電集團(tuán)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(jī)因其具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)輸量大、設(shè)備維護(hù)方便等特點(diǎn)，在煤礦作業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。但是帶式輸送機(jī)的工作環(huán)境差，常常掉落固體顆粒、粉塵到輸送機(jī)的一些回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中；同時(shí)帶式輸送機(jī)工作量比較大，處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。這也導(dǎo)致皮帶輸送機(jī)容易產(chǎn)生故障，從而對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)造成影響[1]。

常規(guī)的對(duì)皮帶輸送機(jī)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(méi)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(dòng)摩擦變?yōu)閯?dòng)摩擦。動(dòng)摩擦?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(jī)屬于較長(zhǎng)的設(shè)備，在遠(yuǎn)處無(wú)法及時(shí)有效地對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。所以開(kāi)發(fā)一套遠(yuǎn)處安全檢測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備信號(hào)的采集、初級(jí)故障的識(shí)別與判斷[2]，對(duì)輸送機(jī)的維護(hù)使用具有重要意義。

1 帶式輸送機(jī)常見(jiàn)故障

及早發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)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(jiàn)的帶式輸送機(jī)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(jiàn)的故障為托輥軸承的失效。

1）皮帶跑偏：皮帶在長(zhǎng)時(shí)間偏載荷的作用下，容易跑著皮帶出現(xiàn)跑偏的問(wèn)題，也可能是在帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中因給料不正，此類(lèi)故障比較容易判斷，發(fā)生跑偏時(shí)，人員容易識(shí)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(jiàn)原因?yàn)槲锪侠饨菍?duì)皮帶造成損壞，長(zhǎng)時(shí)間工作皮帶產(chǎn)生斷裂[5]。

分析眾多帶式輸送機(jī)常見(jiàn)故障，從根源上判斷，排除由于人員操作不當(dāng)可能會(huì)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(duì)目前在日常運(yùn)行過(guò)程中礦用帶式輸送機(jī)檢測(cè)、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(shí)對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行把控[6]，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)礦用帶式輸送機(jī)安全預(yù)警系統(tǒng)，首先對(duì)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行分析與建立，本小節(jié)對(duì)系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)做簡(jiǎn)要說(shuō)明，在分析帶式輸送機(jī)故障分類(lèi)、特征，以及對(duì)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(duì)帶式輸送機(jī)智能診斷預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)際需求分析，并結(jié)合系統(tǒng)常見(jiàn)的使用功能模塊，確定系統(tǒng)主要包含如下3 個(gè)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(jiǎn)化操作使用界面。

安全預(yù)警處理模塊：實(shí)時(shí)預(yù)警，主要是基于采集的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)信號(hào)分析、處理，提取故障特征頻率。基于此頻率，對(duì)設(shè)備的故障類(lèi)別作出診斷，輸出控制信號(hào)。

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(jì)規(guī)律。

3 預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

3.1 預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1.1 系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)

對(duì)于體統(tǒng)界面的開(kāi)發(fā)同樣重要，主要實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)各項(xiàng)功能，提供快速、可視化的操作按鈕，具有良好的人機(jī)交互界面，較容易上手，同時(shí)簡(jiǎn)約、美觀大方。如下頁(yè)圖1 所示，為系統(tǒng)界面的主要功能布置區(qū)域說(shuō)明，界面依據(jù)其具體功能劃分四個(gè)板塊，根據(jù)不同的區(qū)域做如下簡(jiǎn)要說(shuō)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(shí)現(xiàn)。

預(yù)警及處理現(xiàn)實(shí)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(lèi)型、發(fā)生時(shí)間、應(yīng)對(duì)處理手段等指導(dǎo)性信息。

系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)：采用不同的統(tǒng)計(jì)圖顯示，累計(jì)的預(yù)警數(shù)據(jù)，方便統(tǒng)計(jì)觀察規(guī)律，對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)提供便利，統(tǒng)計(jì)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(méi)問(wèn)故障。

統(tǒng)計(jì)發(fā)生率區(qū)：對(duì)帶式輸送機(jī)所發(fā)生的各類(lèi)安全預(yù)警情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以不同危險(xiǎn)等級(jí)表示餅狀圖，顯示設(shè)備已經(jīng)發(fā)生過(guò)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(jì)及實(shí)現(xiàn)

與主流使用的數(shù)據(jù)庫(kù)（SQL Server、Oracle ）相比，My SQL 擁有眾多優(yōu)勢(shì)，如執(zhí)行效率更高，易于學(xué)習(xí)。本文對(duì)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(chǔ)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，基于My SQL環(huán)境下開(kāi)發(fā)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)信息進(jìn)行調(diào)用等，實(shí)現(xiàn)對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。

系統(tǒng)前端主要依據(jù)原有界面系統(tǒng)，改進(jìn)集約化調(diào)整，系統(tǒng)界面上各個(gè)功能模塊之間的邏輯關(guān)系整合，實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)頁(yè)面的訪問(wèn)與操作。如圖2 所示為本文研究的礦用帶式輸送機(jī)安全預(yù)警系統(tǒng)。

3.2 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

為了檢驗(yàn)安全預(yù)警系統(tǒng)實(shí)際使用情況，現(xiàn)根據(jù)臨汾市某工廠煤礦帶式輸送機(jī)的數(shù)據(jù)，首先現(xiàn)場(chǎng)布置傳感器，系統(tǒng)對(duì)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(wèn)。采集的數(shù)據(jù)將被系統(tǒng)所記錄，并對(duì)其進(jìn)行分析。在系統(tǒng)顯示區(qū)域繪制實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的曲線，同時(shí)分析托輥的振動(dòng)信號(hào)、電機(jī)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(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。

系統(tǒng)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過(guò)折線圖與柱狀圖直觀反饋給用戶，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)分析，得到實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)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(dòng)信息、特征頻率；也可以顯示電機(jī)外殼的溫度；傳動(dòng)皮帶的帶速等信息。同時(shí)，統(tǒng)計(jì)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(jī)的安全預(yù)警，對(duì)帶式輸送機(jī)使用與維護(hù)提供了巨大幫助。

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行主界面

圖3 系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況界面

4 預(yù)警系統(tǒng)測(cè)試效果分析

為了進(jìn)一步了解改進(jìn)系統(tǒng)的綜合性能，在臨汾市某工廠煤礦帶式輸送機(jī)上進(jìn)行測(cè)試應(yīng)用。測(cè)試時(shí)長(zhǎng)為4 個(gè)月，全天24 h 監(jiān)控。系統(tǒng)完成了對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行記錄、處理，并實(shí)時(shí)對(duì)輸送機(jī)狀態(tài)進(jìn)行顯示。如下頁(yè)圖4 所示，為系統(tǒng)監(jiān)測(cè)4 個(gè)月后，對(duì)歷史信息的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用測(cè)試的結(jié)果，分別顯示了各種故障所占比例，以及故障時(shí)間分布情況。從左側(cè)柱狀圖可得，綠色為安全，達(dá)到綠色運(yùn)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(shí)間，在測(cè)試周期中有20 d 運(yùn)行狀態(tài)較差。故障原因分析主要發(fā)生故障依次為：電機(jī)故障、斷帶故障、打滑故障。通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析，顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸送機(jī)的監(jiān)測(cè)以及對(duì)各種故障的判斷，對(duì)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(yùn)行統(tǒng)計(jì)結(jié)果

5 結(jié)論

1）針對(duì)目前主流帶式輸送機(jī)故障排除困難、診斷不及時(shí)等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，提出My SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的礦用帶式輸送機(jī)安全預(yù)警系統(tǒng)，探究對(duì)帶式輸送機(jī)故障的提前預(yù)警、診斷的新方法。

2）對(duì)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)四個(gè)月的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸送機(jī)的監(jiān)測(cè)以及對(duì)各種故障的判斷，達(dá)到設(shè)計(jì)改進(jìn)目標(biāo)，對(duì)輸送帶監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用具有借鑒意義。

3）設(shè)計(jì)改進(jìn)了礦用帶式輸送機(jī)安全預(yù)警系統(tǒng)，完成對(duì)系統(tǒng)的框架搭建與設(shè)計(jì)。最后基于臨汾某帶式輸送機(jī)現(xiàn)場(chǎng)布置實(shí)驗(yàn)，對(duì)預(yù)警系統(tǒng)功能進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果良好，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)功能，可以為用戶在對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行故障診斷與維護(hù)時(shí)提供參考。