門日圓

摘 要：針對煤礦井下帶式輸送機長距離監(jiān)測難的問題，設計一套運行工況監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，經優(yōu)化設計后的監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了長距離穩(wěn)定準確的監(jiān)測，在EEMD算法下實現(xiàn)了故障信號的分離，通過現(xiàn)場自動地址排序功能的調試，實現(xiàn)故障的快速定位和技術參數(shù)的調試，保證帶式輸送機的安全高效運行。

關鍵詞：帶式輸送機;故障診斷;監(jiān)測系統(tǒng);EEMD算法

帶式輸送機作為煤礦的重要運輸設備，其運行工況直接影響礦井的生產的效率和安全。因此，保證帶式輸送機安全高效運行對礦井的安全生產具有非常重要意義。由于煤礦井下運輸量大、環(huán)境惡劣，帶式輸送機在高負荷工況下，易發(fā)生輸送帶跑偏、滾筒打滑、著火等問題。為此，諸多學者對帶式輸送機的工況監(jiān)測與故障診斷進行研究，孫新梅，孟凡芹[1]基于RS485和CAN總線對帶式輸送機監(jiān)控系統(tǒng)進行了設計;李劍峰[2]對帶式輸送機的故障信息記性進行軟件設計。綜合分析，鑒于作業(yè)環(huán)境復雜，帶式輸送機的監(jiān)測系統(tǒng)的精度低，難以實現(xiàn)對故障的準確定位，增加后期的維修困難。本文結合帶式輸送機的運行工況和故障特點，設計一套礦用帶式輸送機工況監(jiān)測系統(tǒng)，在EEMD算法下，通過現(xiàn)場自動地址排序功能的調試、故障定位功能調試、參數(shù)設置功能調試，達到了系統(tǒng)的良好運行和故障點的準確定位，現(xiàn)場應用取得良好效果。

1 帶式輸送機工況監(jiān)測系統(tǒng)的設計

帶式輸送機作為煤礦主要運輸設備，由于井下作業(yè)環(huán)境復雜，且長期高負荷運轉，易發(fā)生輸送帶跑偏、滾筒打滑、著火等故障，直接影響礦井的正常生產秩序。嚴重影響到生產的進行，為此，對帶式輸送機監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行設計就顯得尤為重要。設計的帶式輸送機實時工況監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)非常重要，且設計的監(jiān)控系統(tǒng)電路應適應煤礦井下作業(yè)環(huán)境;在系統(tǒng)的軟、硬件選型上，必須保證電路系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。同時，可動態(tài)顯示實時運行狀況和數(shù)據(jù)信息，自動化程度高，便于后期的系統(tǒng)升級拓展。

帶式輸送機的工況監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)框架由軟、硬件兩部分組成。監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設計由上位機與下位機系統(tǒng)構成。系統(tǒng)采用單片機，實現(xiàn)對帶式輸送機運行數(shù)據(jù)的采集、分析和故障報警顯示?；贚abVIEW軟件平臺，設計了監(jiān)測系統(tǒng)的人機控制界面，達到對帶式輸送機運行工況的監(jiān)測與調控，提供了設備的自動化控制水平。帶式輸送機實時工況監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)結構示意圖如圖1所示。

監(jiān)測主機作為系統(tǒng)硬件設計的核心，為保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和強大數(shù)據(jù)的處理能力，選用MIO-5250主板。主板采用Inter1NM10處理器，Dual-Core 1.6GHz/1.86 GHz的主頻，4GB的內存，128GB的固態(tài)硬盤，12VIA的電源和7W的功耗。

帶式輸送機地址自動分配流程：上位機對于地址排序功能的實現(xiàn)依賴于下位機地址排序，當上位機地址排序按鈕或電路合閘時，下位機執(zhí)行程序功能。上位機主控界面運行后，發(fā)出地址排序命令，管理模塊將地址自動修改為0，修改后地址數(shù)據(jù)傳送至設備，設備地址、排序命令等信息都在數(shù)據(jù)中。當設備接收到上級沿線設備的數(shù)據(jù)后，設備進行數(shù)據(jù)的分配并對接收數(shù)據(jù)進行檢驗，如果檢驗通過，數(shù)據(jù)設備自動修改為1，此后設備數(shù)據(jù)傳送至下個沿線設備中，直至傳送至終端設備，通過CAN總線在人機界面顯示。

如果數(shù)據(jù)檢驗失敗，則本機設備向上一級設備反饋錯誤，上級設備需重新進行數(shù)據(jù)的檢驗然后重新發(fā)送數(shù)據(jù)，共有4次發(fā)送數(shù)據(jù)的機會，如果4次后下級設備數(shù)據(jù)檢驗依舊錯誤，則表示設備總線發(fā)生故障，故障信息將在主機控制的人機界面顯示。帶式輸送機地址自動分配流程圖如圖2所示。

對于人機界面的顯示以主控窗口為例，輸送機人機界面應顯示：設備運行的狀態(tài)主要有檢修控制、集中控制和就地控制三種模式，各個模式下都有相應的參數(shù)設置，操作人員只需根據(jù)實際狀況進行控制模式的切換，當運行狀態(tài)指示燈亮時，輸送機則處于運行狀態(tài);具有故障復位、集控啟停等按鈕，通過鼠標點擊便可實現(xiàn)相應的功能;并對輸送機的運行過程中溫度、速度等參數(shù)都會動態(tài)監(jiān)測顯示，當輸送機跑偏時，可迅速對運行技術參數(shù)進行調節(jié)。

2 輸送機故障監(jiān)測與診斷方法

礦井作業(yè)環(huán)境的復雜和長期高負荷運行是導致帶式輸送機故障的主要因素。故障監(jiān)測系統(tǒng)對于故障信息的診斷主要通過電流振動信號對信號濾波、特征進行提取分析，實現(xiàn)對設備故障類型的快速、智能識別。當帶式輸送機運行過程中軸承轉速達到64 r/min，對輸送機的運行數(shù)據(jù)進行采集，分析得出信號振動復雜，故此需要進行降噪處理。降噪處理利用EEMD算法將噪音值降低為采集信號值的0.19倍，通過分解，得到不同尺度的特征頻率分量，對于特征頻率分量相關系數(shù)大于分離降噪信號的需重構，剩余特征頻率分量重構得到虛擬噪音信號，以此實現(xiàn)了信號和噪音的分離工作。

同時，為預防帶式輸送機運行過程發(fā)生火災等災害，需實時監(jiān)測帶式輸送機作業(yè)環(huán)境的溫度、濕度。每間隔10m安裝監(jiān)測儀器，達到對設備運行環(huán)境的分布式測量。通過對監(jiān)測的閾值與變化趨勢分析，預測是否存在發(fā)生火災隱患。

3 應用效果分析

為驗證故障監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性，進行了現(xiàn)場測試。測試重點是對自動地址排序功能的調試、故障定位功能調試和技術參數(shù)的調試。對于自動地址排序功能的調試，發(fā)現(xiàn)運行過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，出現(xiàn)了排序失敗現(xiàn)象，通過檢查發(fā)現(xiàn)是RS485通訊程序紊亂造成，設備之間通訊錯誤使得程序發(fā)送錯誤，出錯后的程序一直發(fā)送導致總線被占，進而出現(xiàn)信息上傳錯誤現(xiàn)象，通過對通訊程序的修改，實現(xiàn)了自動排序功能的穩(wěn)定運行。為實現(xiàn)對故障的快速、準確定位，調試采用閉鎖開關模擬傳感器進行測量，測量頻率范圍為300-1000Hz，測量信號以直流電形式輸出，通過該方法對運行過程中帶式輸送機的狀態(tài)進行監(jiān)測，通過人機界面上設備故障診斷顯示信息，達到對故障的快速、準確定位。

技術參數(shù)的的調試，主要是設置設運行技術參數(shù)、配電箱參數(shù)，在實際設置的過程中，系統(tǒng)的回路控制器的通訊協(xié)議不標準，導致參數(shù)字節(jié)設置有限制，經調試后，完成對技術參數(shù)的設置。

4 結論

本文針對現(xiàn)有礦用帶式輸送機監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的不足，進行了監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設計，得到以下結論：①綜合考慮設備現(xiàn)場運行狀況，從硬件和軟件兩方面對監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行了升級拓展，解決了煤礦惡劣環(huán)境下長距離監(jiān)測的問題;②在故障診斷研究中，通過EEMD算法實現(xiàn)了噪音信號的分離，實現(xiàn)了對故障類型的智能識別;③通過現(xiàn)場調試，實現(xiàn)了自動排序功能的穩(wěn)定運行和參數(shù)的順利設置，運行過程中設備無故障，證明了此次優(yōu)化方案的成功性。

參考文獻：

[1]孫新梅，孟凡芹.帶式輸送機運行故障智能診斷方法[J].煤炭科技，2004（01）：27-29.

[2]李劍峰.新型故障診斷系統(tǒng)在井下強力帶式輸送機的應用[J].煤礦機械，2008（1）：35-36.

[3]馬海龍，李臻，朱益軍，等.基于差分振子的帶式輸送機故障診斷方法[J].工礦自動化，2013（10）：24-27.