王雪峰，程智鵬

（江西銅業(yè)集團有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

武德興銅礦廢石膠帶系統(tǒng)為半連續(xù)排土系統(tǒng)，銅廠采區(qū)剝離的廢石通過電動輪卡車運輸至旋回破碎機破碎，再由廢石膠帶系統(tǒng)運輸至祝家排土場進行排土。廢石膠帶系統(tǒng)流程圖如圖1所示，旋回破碎機破碎- 鐵板給料機給料-BC01固定膠帶運輸機-BC02固定膠帶運輸機-BC03移動膠帶運輸機-排土機受料臂-排土機卸料臂。廢石膠帶系統(tǒng)以BC03移動膠帶運輸機尾部轉載點為中心，以其長度1250m為半徑的大扇形排土區(qū)域,實現(xiàn)祝家排土場的全覆蓋排土［1]。膠帶運輸機使用過程中常見問題有：膠帶斷裂或縱向撕裂、膠帶跑偏、電動機故障、減速機故障、滾筒故障等［2]。滾筒是膠帶運輸機中的重要組成部分，在膠帶運輸機運行的過程中，如果滾筒軸承溫度突然升高，說明情況異常，很可能就是軸承出現(xiàn)突發(fā)故障。

廢石膠帶系統(tǒng)共有滾筒46個，滾筒軸承92個，通常膠帶運輸機滾筒軸承溫度靠人工進行測量，測量不準確，并且不易及時發(fā)現(xiàn)軸承異常情況，導致設備停機故障時有發(fā)生，滾筒軸承發(fā)生故障將導致停產8h以上，如果軸承損傷后沒有及時發(fā)現(xiàn)，將導致滾筒軸及軸承座的損傷，停產時間將超過24h，甚至造成設備事故。

圖1 廢石膠帶系統(tǒng)流程圖

2 硬件構成

滾筒軸承故障預警裝置的硬件構成，主要包括溫度傳感器、溫度變送器、PLC控制系統(tǒng)及上位機、連接線路等部分組成，PLC控制系統(tǒng)利用現(xiàn)有的廢石膠帶運輸生產控制系統(tǒng)。溫度傳感器安裝在軸承座上，溫度變送器集中安裝于PLC控制系統(tǒng)機柜內，采用屏蔽信號電纜將溫度檢測信號接入溫度變送器輸入端，溫度變送器的模擬量輸出信號接至PLC控制系統(tǒng)中的模擬量輸入模塊。

2.1 測溫傳感器選型及安裝

溫度傳感器的種類很多，現(xiàn)在經常使用的有熱電阻 ：PT100、PT1000、Cu50、Cu100；熱電偶 ：B、E、J、K、S等。溫度傳感器不但種類繁多，而且組合形式多樣，應根據不同的場所選用合適的溫度傳感器。結合廢石膠帶系統(tǒng)使用環(huán)境,首先選定采用接觸式溫度傳感器，因為采用這種方式安裝簡單，抗干擾能力較強，且測量精度高。在滾筒軸承座上安裝溫度傳感器中考慮最多的就是熱敏電阻器，它適于在高靈敏度的微小溫度測量場合使用，具有良好經濟性和實用性。通過對四種不同類型的溫度傳感器進行試驗，結合電機繞組測溫傳感器的選型等等，最終選定HD-PT100-1305A型的PT100溫度傳感器，其精確量程范圍在-50℃至200℃。根據測試結果，現(xiàn)場滾筒軸承所有溫度監(jiān)測均采用三線制PT100溫度傳感器現(xiàn)場采集溫度數據，傳感器電氣參數誤差為±(0.15+2% )，傳感器檢測溫度范圍從-50℃至200℃, 熱響應時間小于等于 5s［3]。

溫度傳感器通過其外絲螺紋安裝在軸承座的螺孔上，如圖2所示，使溫度傳感器貼近軸承外圈測量軸承溫度。溫度傳感器尾部后座為彈簧，并使用密封膠進行密封，防止粉塵和水進入溫度傳感器的檢測部位影響溫度測量精度。

圖2 溫度傳感器安裝示意圖

2.2 溫度變送器選型

溫度變送器是溫度傳感器與PLC控制系統(tǒng)之間信號連接的中轉站，可將溫度檢測信號（電阻值）轉換成PLC控制系統(tǒng)中的模擬量輸入模塊可接收的直流4～20mA信號?？紤]到現(xiàn)場復雜的使用環(huán)境及實際需求，選擇出了3種較適合的溫度變送器進行測試，通過經濟性、可靠性、實用性的綜合考量，最終選擇NHR-M32-X-14/14-0/0-D型的雙路輸入/輸出溫度變送器，其優(yōu)點是線性化輸出兩線制4～20mA標準電流信號，性能可靠，適用現(xiàn)場大量安裝。1個雙路輸入/輸出溫度變送器對應接收1個滾筒中的2個軸承溫度檢測信號，便于接線和維護。溫度變送器采用獨特的雙層電路板結構，下層是信號調理電路，上層電路可定義傳感器類型和測量范圍［4]。雙路輸入信號為K偶，雙路輸出信號為直流4～20mA，接線如圖3所示，溫度變送器輸出信號采用信號電纜直接接入PLC控制系統(tǒng)中的模擬量輸入模塊1756-IF8。

圖3 溫度變送器接線圖

3 滾筒軸承溫度采集及故障判斷

溫度傳感器信號接入溫度變送器輸入通道，溫度變送器具有模擬量轉換功能，溫度變送器的輸出模擬量信號至PLC控制系統(tǒng)的模擬量輸入模塊，模擬量模塊將接收溫度數據，通過在PLC控制系統(tǒng)軟件中編寫控制程序進行分析，判斷滾筒軸承溫度是否異常，并通過上位機在界面顯示報警信息。

3.1 滾筒軸承溫度采集

PLC控制系統(tǒng)中的模擬量輸入模塊1756-IF8有8個模擬量通道，所有信號通過該模塊進行采集，在PLC程序中新增溫度信號的采集，新建取數變量完成對現(xiàn)場軸承溫度取數。設置采集模塊A1_ANALOG_IN，如圖4所示，采集溫度變送器量程為-199℃至650℃，對應的輸出信號為4～20mA。以圖4為例，檢測到的溫度信號為8.142mA，經過換算得出實際溫度計算為=（199+650）/（20-4）×（8.142-4）-199=53.0625×4.142=20℃。

圖4 軸承溫度采集模塊

3.2 溫升程序設計及軸承故障判斷

在滾筒運行的過程中，軸承溫度有時緩慢上升，有時突然上升，如果溫升到一定范圍后未繼續(xù)升高，可做進一步觀察，如果溫度一直上升，說明運行中的滾筒軸承情況異常，很可能就是軸承故障，如果不能及時處理很可能造成較大的影響，需要立即停機檢查處理。采用了軸承故障預警裝置后，通過對得到的數據做詳細對比分析，可以判斷滾筒軸承是否存在異常的溫升。正常情況下，滾筒軸承的溫度是緩慢上升的，并且隨著天氣和連續(xù)工作時間的影響，各部位溫升大致相同，如果存在單個滾筒溫升較大，說明該滾筒軸承也存在異常情況。

根據歷年廢石膠帶滾筒運行的情況，調查了近幾年里滾筒軸承異常溫升，對軸承故障的情況進行分析，發(fā)現(xiàn)滾筒軸承正常運行情況下溫度不會超過60℃，除非長時間高溫環(huán)境工作才會偶爾超過。我們提出滾筒軸承故障預警分析系統(tǒng)的溫升判斷方法，即采用基于溫度分段監(jiān)控和不同溫度段溫升時間區(qū)分的方法，來判斷其為正常溫升或是故障異常溫升，進而達到提高系統(tǒng)生產穩(wěn)定性和設備故障及時報警停機的高度平衡。

在PLC控制系統(tǒng)編程軟件中分別計算軸承溫度超過設定值55℃、65℃、75℃、85℃的時間，每個軸承溫度采用4個比較指令（GRT）將實測溫度值與設定值進行比較，當實測溫度值超過設定值時開始計時。然后編寫程序將兩個相鄰軸承溫度的時間相減，取絕對值數字，當相鄰溫度區(qū)間的時間在5s至60s以內，判定此時軸承溫度上升有異常，如圖5所示。

圖5 滾筒軸承異常溫升程序

4 上位機監(jiān)測

操作人員可以通過上位機實時監(jiān)測各滾筒的運行情況，根據建立起來的溫度數據庫，可查閱相應滾筒軸承溫度的歷史記錄，便于今后對滾筒軸承的維護保養(yǎng)等工作［5]。

圖6 滾筒軸承溫升監(jiān)控界面

4.1 溫度數據庫查詢建立

滾筒軸承溫度建立數據庫，增加查詢板塊，將每個機臺的所有滾筒軸承溫度新增至該列表，每個溫度用不同的曲線區(qū)分。通過時間軸將所有的溫度記錄至數據庫，同時設置時間軸長度，半小時一個區(qū)間。查詢時，單擊右鍵進入查找選項，可以直接輸入要查詢的時間段，調取溫度曲線進行分析。一旦發(fā)現(xiàn)滾筒軸承溫升停機及時查找報警，中控人員及相關技術人員查找報警記錄，判斷是溫度傳感器故障還是線路故障，并安排處理。

4.2 滾筒軸承故障預警

設備在運轉過程中，可以通過上位機對膠帶運輸機各點大型滾筒左右軸承溫度做一個檢測，當滾筒軸承的溫度超過60℃時，由計時器開始計時，當超過1min以上，就會觸發(fā)溫度異常預警信號，當溫度異常預警信號發(fā)出后，同時將激活超溫報警的電子鈴，中控室人員就會及時反應，對報警早做處理，當軸承溫度上升為異常溫升時（即軸承溫度在 55～65℃、65～75℃、75～85℃三個區(qū)間段任意區(qū)間在1min以內升溫10℃以上，則判定為異常溫升），觸發(fā)停機警報，并鎖存報警，待人員現(xiàn)場檢查確認。溫度傳感器的量程范圍是在-199℃到650℃之間，根據現(xiàn)場使用環(huán)境，設置軸承的溫度在大于-50℃或是超過200℃時，自動判定為溫度傳感器故障，可以避免誤報警，上位機滾筒軸承溫升監(jiān)控界面如圖6所示。

5 結束語

該裝置應用后，滾筒軸承溫度實現(xiàn)了在線實時監(jiān)控，中控操作工通過上位機能及時發(fā)現(xiàn)滾筒軸承溫升的異常情況。與人工測量滾筒軸承溫度對比，減少人工檢測勞動強度，測量溫度更準確，溫升預警更及時。通過滾筒軸承預警裝置實現(xiàn)了100%滾筒軸承故障檢出率，及時安排設備檢修，有效減少了因滾筒軸承故障導致的非計劃性停機，實現(xiàn)了設備檢測智能化，避免了人工檢測過程中的不確定因素，可靠性大大提高。智能監(jiān)測系統(tǒng)還能夠對采集的數據進行統(tǒng)計分析，根據溫度變化趨勢進行預測，提前做出預防措施，成功消除了滾筒故障導致的設備隱患，取得了良好的經濟效益和社會效益［6]。