郭振華

（同煤集團(tuán)北辛窯煤業(yè)有限責(zé)任公司皮帶隊(duì)，山西 忻州 034000）

0 引 言

北辛窯煤礦帶式輸送機(jī)輸送距離較長(zhǎng)，由于煤質(zhì)不均勻，帶式輸送機(jī)運(yùn)輸煤炭時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)故障，甚至出現(xiàn)停產(chǎn)整修情況，北辛窯煤礦通過(guò)人工巡檢的方式來(lái)監(jiān)控帶式輸送機(jī)狀態(tài)，而人工巡檢主觀影響因素大、檢查效率低，很多隱蔽性問(wèn)題不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，巡檢實(shí)際效果不佳。基于此，本文以St4000 型帶式輸送機(jī)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，以提升監(jiān)控質(zhì)量，保證帶式輸送機(jī)的有效穩(wěn)定運(yùn)行。

1 帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

圖1 St4000 型帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)圖

北辛窯煤礦帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)基于系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化，主要實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的輸送帶異常報(bào)警、關(guān)鍵部件故障報(bào)警、運(yùn)輸流量監(jiān)測(cè)等功能，監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)邏輯采用模塊化、層級(jí)化的設(shè)計(jì)思路，構(gòu)建了3 級(jí)模塊系統(tǒng)，即主系統(tǒng)運(yùn)算模塊、分系統(tǒng)監(jiān)控模塊以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊。主系統(tǒng)運(yùn)算模塊主要以各分系統(tǒng)運(yùn)算系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)為輸入信息，通過(guò)主邏輯運(yùn)算，依據(jù)運(yùn)算結(jié)論按照既定程序控制帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并記錄和保存故障信息；分系統(tǒng)監(jiān)控模塊則對(duì)系統(tǒng)各類(lèi)監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，判斷系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)故障信息一方面向主系統(tǒng)模塊發(fā)送信號(hào)，另一方面執(zhí)行故障報(bào)警程序，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；設(shè)計(jì)的St4000 型帶式輸送機(jī)監(jiān)控方案主要對(duì)帶式輸送機(jī)輸送帶狀態(tài)、其他關(guān)鍵部件狀態(tài)以及輸送機(jī)流量等故障發(fā)生頻率較高或影響較大的系統(tǒng)進(jìn)行二級(jí)模塊監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集模塊主要包括各類(lèi)傳感器、監(jiān)控元器件以及信息傳輸系統(tǒng)等，主要對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將信息轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)識(shí)別的4~20 mA 電信號(hào)。

1）輸送帶異常報(bào)警系統(tǒng)。輸送帶監(jiān)控系統(tǒng)主要通過(guò)弱磁監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，原理是輸送帶內(nèi)部存在大量鋼絲繩，通過(guò)弱磁化技術(shù)，使內(nèi)部鋼絲繩磁化，利用傳感器采集鋼絲繩磁化信號(hào)變化，通過(guò)信號(hào)處理系統(tǒng)，對(duì)異常信號(hào)進(jìn)行降噪并提取信號(hào)變化異常特征，經(jīng)過(guò)信息傳輸系統(tǒng)進(jìn)行分系統(tǒng)信號(hào)運(yùn)算，即可判斷出輸送帶的異常、斷裂、磨損等故障程度，輸送帶異常監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖2。

圖2 輸送帶異常監(jiān)控報(bào)警原理圖

2）運(yùn)輸流量監(jiān)控系統(tǒng)。St4000 型帶式輸送機(jī)運(yùn)輸流量監(jiān)控系統(tǒng)依托視頻監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)，原理是在輸送帶周?chē)惭b多角度高清攝像設(shè)備，實(shí)時(shí)傳輸輸送流量畫(huà)面到信息處理系統(tǒng)，處理器根據(jù)采集的圖像，檢測(cè)圖像特征，計(jì)算出空載時(shí)輸送帶圖像上2 個(gè)像素點(diǎn)之間的實(shí)際距離，對(duì)比裝載時(shí)圖像特征，利用信息處理技術(shù)，可以得出運(yùn)輸帶上煤炭密度、斷面面積以及輸送帶運(yùn)輸速度等，進(jìn)而得出運(yùn)輸帶運(yùn)輸流量，運(yùn)輸流量監(jiān)控系統(tǒng)的流量分析圖見(jiàn)圖3。

圖3 St4000 型帶式輸送機(jī)流量監(jiān)控分析圖

圖4 St4000 型帶式輸送機(jī)關(guān)鍵部件故障報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

3）關(guān)鍵部件報(bào)警系統(tǒng)。圖4是St4000 型帶式輸送機(jī)關(guān)鍵部件報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理，主要通過(guò)采集各關(guān)鍵部件運(yùn)行溫度，計(jì)算實(shí)時(shí)溫度狀態(tài)以及溫度變化來(lái)確定各關(guān)鍵部件的實(shí)際情況。溫度監(jiān)測(cè)采用非接觸式紅外測(cè)溫技術(shù)實(shí)現(xiàn)。帶式輸送機(jī)關(guān)鍵部件主要包括電機(jī)、托輥、滾筒等，在這些構(gòu)件一定距離處安裝紅外測(cè)溫儀，實(shí)時(shí)監(jiān)控各關(guān)鍵部件的紅外溫度成像變化圖，通過(guò)圖像傳輸通道，處理器對(duì)紅外成像進(jìn)行分析識(shí)別與處理，與系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比后，得出異常圖像信息，進(jìn)而判斷關(guān)鍵部件故障并報(bào)警。

2 監(jiān)控系統(tǒng)在北辛窯煤礦的應(yīng)用分析

為了保障帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，在投入應(yīng)用前，北辛窯煤礦組建了專(zhuān)門(mén)的系統(tǒng)測(cè)試組，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)室模擬測(cè)試，搭建了1 套長(zhǎng)20 m，寬1.2 m 的皮帶機(jī)測(cè)試臺(tái)，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的輸送帶異常報(bào)警系統(tǒng)和關(guān)鍵部件故障報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行功能測(cè)試，試驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)見(jiàn)圖5。

通過(guò)監(jiān)測(cè)輸送帶磁化信號(hào)，共監(jiān)測(cè)到88 個(gè)異常數(shù)據(jù)，系統(tǒng)顯示的故障結(jié)果包括輸送帶內(nèi)部鋼絲繩斷裂和疲勞，根據(jù)異常數(shù)據(jù)樣本的特征，結(jié)合基于模糊二叉樹(shù)的支持向量機(jī)進(jìn)行粒子群優(yōu)化分析，異常報(bào)警系統(tǒng)的準(zhǔn)確性達(dá)到97.7%，達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)。

托輥溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)畫(huà)面見(jiàn)圖6，試驗(yàn)室選取帶式輸送機(jī)的托輥裝置來(lái)測(cè)試關(guān)鍵部件故障報(bào)警系統(tǒng)的性能，運(yùn)行模擬帶式輸送機(jī)，開(kāi)啟托輥紅外測(cè)溫儀，托輥的紅外成像圖周期性進(jìn)入信息處理系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)顯示出輸送機(jī)托輥溫度數(shù)值，通過(guò)溫度對(duì)比，進(jìn)行托輥運(yùn)行狀態(tài)判定；通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)，試驗(yàn)時(shí)托輥的最大運(yùn)行溫度在20.9℃，在正常運(yùn)行判定范圍之內(nèi)，系統(tǒng)顯示正常，表明測(cè)試準(zhǔn)確。

3 結(jié) 論

北辛窯煤礦針對(duì)St4000 型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)輸送帶狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警、輸送流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)以及輸送機(jī)關(guān)鍵部件運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與報(bào)警等功能，能夠自動(dòng)及時(shí)準(zhǔn)確定位帶式輸送機(jī)故障，解放人力的同時(shí)還提升了巡檢效率，通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試檢測(cè)，證明了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集快速、準(zhǔn)確度高、操作方便、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，符合北辛窯煤礦的智慧礦山發(fā)展理念。