張 鵬

（晉能控股裝備制造集團(tuán)金鼎山西煤機(jī)有限責(zé)任公司皮帶機(jī)制造分公司， 山西 晉城 048000）

引言

帶式輸送機(jī)是一種依靠輸送帶進(jìn)行物料傳輸?shù)脑O(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好、運(yùn)輸成本低的優(yōu)點(diǎn)，也因此成為煤礦井下應(yīng)用最普遍的一種物料運(yùn)輸工具。但由于井下綜采作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，輸送機(jī)在長期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況下極易出現(xiàn)輸送帶撕裂、托輥組故障等問題，給輸送機(jī)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。為了對輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，各煤礦均設(shè)置有專門的巡查人員，但由于井下輸送機(jī)的運(yùn)行長度普遍在3 km 左右，人工巡查不僅效率低而且安全性差，難以及時發(fā)現(xiàn)輸送機(jī)運(yùn)行過程中的故障所在，而有線巡檢機(jī)器人運(yùn)行時則需要拖著長長的電纜，極易出現(xiàn)掛纜現(xiàn)象，也難以滿足巡查的可靠性需求。因此，結(jié)合井下輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行需求，運(yùn)用一種新的帶式輸送機(jī)智能巡查系統(tǒng)。

1 自動巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在各故障類型中，對輸送帶跑偏的監(jiān)測主要是通過位置傳感器來對輸送帶的偏位量進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)生故障時可及時發(fā)出報警；對輸送帶撕裂的監(jiān)測主要是通過撕裂識別裝置，基于壓敏原理及時對撕裂位置進(jìn)行判斷和預(yù)警；對輸送帶打滑的監(jiān)測主要是通過對驅(qū)動滾筒運(yùn)行帶速進(jìn)行監(jiān)測來實現(xiàn)；但對于托輥損壞的排查則完全依靠人工排查或者經(jīng)驗來決策。因此，結(jié)合實際需求，本文所提出的自動巡檢系統(tǒng)應(yīng)以排查托輥組運(yùn)行情況為重點(diǎn)，其自動巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。

圖1 自動巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

為了滿足井下復(fù)雜環(huán)境中巡查的可靠性需求，輸送機(jī)系統(tǒng)上的巡檢機(jī)器人采用了無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨?，在沿著輸送機(jī)巡查過程中，對跑偏、撕裂、打滑、托輥損壞的故障信息以及井下氣體狀態(tài)、環(huán)境溫度等信息進(jìn)行收集，然后通過無線信號將相關(guān)信息傳輸給輸送機(jī)沿線分布的無線基站，最終傳輸至整個上位機(jī)系統(tǒng)，而后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和故障判別。該巡檢系統(tǒng)合理地選擇了巡檢要點(diǎn)，簡化了巡檢系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，提升了巡檢效率和可靠性。

2 托輥組故障監(jiān)測

對托輥組常見故障進(jìn)行分析可知，托輥組故障會導(dǎo)致托輥運(yùn)行異常，通常情況下都會產(chǎn)生托輥組的機(jī)械振動，從而導(dǎo)致其振動信號和噪聲信號的異常，因此，提出了對托輥組進(jìn)行振動及噪聲信號異常監(jiān)測的方案，托輥組故障監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示。

圖2 托輥組故障監(jiān)測結(jié)構(gòu)示意圖

為了滿足對托輥組振動和噪聲信號的監(jiān)測準(zhǔn)確性，同時還要兼顧巡檢機(jī)器人在運(yùn)行過程中的靈活性，在監(jiān)測托輥組振動信號時采用了非接觸式信號采集裝置[2]，該裝置由信號采集和無線信息發(fā)射兩個模塊構(gòu)成，在運(yùn)行過程中，系統(tǒng)在獲取振動和噪聲信號后，可將數(shù)據(jù)通過無線發(fā)射模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行信息的分析和識別。

為了保證異常托輥組診斷的有效性，數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)在獲取到信號后，首先對信息進(jìn)行降噪處理，在大范圍的數(shù)據(jù)頻譜中獲取托輥的故障特質(zhì)信號，然后通過時頻進(jìn)行小范圍定點(diǎn)分析，找出托輥的故障頻率點(diǎn)，并計算出其振動能力，最后通過人工智能判斷獲取托輥組的運(yùn)行狀態(tài)，并及時發(fā)出預(yù)警信號。

3 巡檢系統(tǒng)定位監(jiān)測

井下輸送機(jī)系統(tǒng)的分布范圍廣、距離長，為了更快地定位故障，需要對巡檢機(jī)器人的位置狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測。因此，結(jié)合巡檢機(jī)器人的運(yùn)行需求，提出采用RFID 模塊來對井下巡檢機(jī)器人位置進(jìn)行監(jiān)測的方案[3]。該自動巡檢定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 機(jī)器人巡檢定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖3 可知，在該巡檢定位系統(tǒng)中，在輸送機(jī)的不同位置設(shè)置RFID 模塊，然后將不同模塊的位置地址設(shè)置到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，巡檢機(jī)器人在運(yùn)行過程中可獲取到對應(yīng)RFID 模塊的信息，然后自動對這些地址進(jìn)行定位，從而快速獲取巡檢機(jī)器人的位置信息，以滿足監(jiān)測精確性的需求。

4 巡檢系統(tǒng)應(yīng)用分析

為了進(jìn)一步提升巡檢系統(tǒng)的實際應(yīng)用效果，對該系統(tǒng)建立了直觀的監(jiān)測頁面，并對啟動巡檢、停止巡檢、系統(tǒng)設(shè)置、報表生成等常用的模塊進(jìn)行單獨(dú)劃分，有效地提升了系統(tǒng)的實際操作便捷性，其監(jiān)測界面如圖4 所示。

圖4 巡檢系統(tǒng)定位界面示意圖

經(jīng)過對該系統(tǒng)的實際應(yīng)用，自動巡檢系統(tǒng)能夠自主對輸送機(jī)運(yùn)行過程中的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，對托輥組故障的識別準(zhǔn)確性達(dá)到了96.7%，同時取消了人工巡檢崗位，單條輸送機(jī)平均減員1 人，故障診斷方案靈活可靠，對提升輸送機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性具有十分重要的意義。

5 結(jié)論

1）對托輥組進(jìn)行振動和噪聲信號異常監(jiān)測，能夠兼顧監(jiān)測準(zhǔn)確性和巡查靈活性的需求。

2）利用RFID 模塊對井下巡檢機(jī)器人位置進(jìn)行監(jiān)測的方案應(yīng)用靈活性高，能夠快速獲取巡檢機(jī)器人的位置信息，滿足監(jiān)測精確性的需求。

3）該自動巡查系統(tǒng)，對托輥組故障的識別準(zhǔn)確性達(dá)到了96.7%，單條輸送機(jī)平均減員1 人，故障診斷方案靈活可靠，對提升輸送機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性具有十分重要的意義。