煤矿主井皮带运输机在线监测系统研究

鄂思佳

（阳煤集团五矿， 山西 阳泉 045000）

引言

长期以来对于皮带机的管理与维护都依靠现场工作人员的监测与管理，而皮带机作为中间重要的物料转运环节，出现故障将严重影响液压的生产效益。因此，提高皮带机故障预警能力，对皮带机运行的各型参数进行监测，建立一套远程在线监控系统十分有必要。

皮带机远程在线监控系统可以有效保障设备的安全运行，防止安全事故的发生，减轻设备维护人员工作量。监控系统监测技术主要依据对设备状态的监控，设备的监测信号经计算机分析与处理，可以分析得到设备的潜在故障源。系统可以预测设备故障的发展趋势，判断出设备的故障特性，并提前发出预警。在线监测系统基于远程监控技术，辅以故障诊断技术，该系统主要包括皮带机状态监测、故障分析、故障预警等三大核心功能[1]。

1 皮带运输机常见故障

皮带机由于其工作载荷高、工作时间长，容易产生各类故障，一般而言皮带机常见的故障类型包括皮带故障、托辊故障、链条故障等。其中皮带故障所占比例最高，据相关资料统计，皮带故障约占所有故障的45%左右。下面主要以常见的皮带故障为例做简单介绍。

1）皮带撕裂。主要是由于皮带机的受力不均匀造成皮带的受力不均匀而产生撕裂；皮带撕裂的诱因是皮带使用时间过久出现了老化问题。

2）断带。皮带的断裂主要原因是在皮带机运行过程中，遇到较大的冲击载荷，在冲击载荷作用下皮带发生断裂。

3）皮带打滑。皮带打滑的主要原因是皮带所受的摩擦力小于材料沿斜面向下的重力分力，从而导致皮带出现打滑现象。其他类型皮带故障包括皮带跑偏等，由于篇幅有限，不做展开讨论[4]。

2 系统总体结构设计

2.1 监测系统功能

1）皮带机状态实时监控功能。首先是实现对皮带机状态参数包括振动、温度、速度等信息的实时采集。本系统可实现对皮带机状态数据的采集，并及时地将所采集的信号传输至地面控制中心。

2）异常情况的预警功能。预警功能对于在线监控系统是一个重要的部分。当设备出现潜在故障特征时，根据需要发出预警，为管理人员采取措施预留了宝贵的处理时间[5]。

3）数据记录功能。该项功能主要用于记录下皮带机运行的各项参数，该系统可以每隔10 s 时间就对数据进行记录、存储，为皮带机状态分析、故障诊断等提供了数据支撑。

4）数据查询功能。本系统为用户提供了多种的数据查询功能，用户不仅可以查阅皮带机的历史运行数据记录，同时可以绘制统计与分析结果。

2.2 监测系统结构

为了更为方便、安全、高效地对皮带机状态进行监控，设计了一套皮带机运行状态监控监测系统。该系统的主要结构布局示意图如图1 所示。监控系统的信号来自于两部分，主要包括巡检设备所采集的检测信号以及可编程控制器中输出的信号。

巡检设备对皮带机的状态判断是通过各种传感器实现的，并由无线通信方式传导给状态监控控制中心。可编程控制器则主要接收布置于皮带机结构之上或周围的传感器所采集的数据，最后皮带机监控系统会根据两道输入信号进行识别，发现有皮带机异常时，作出全面监测并发出预警。

图1 状态监测系统结构示意图

3 系统的硬件设计

皮带机运行状态监控系统主要由井下监控站与地面控制站构成，系统采用了分布式结构设计，图2所示为系统硬件的结构示意图。监控系统地面设备为地面控制中心以及信息显示模块；地面与井下通过地面环网进行连接通信。井下主要布置了数据采集器、控制分站以及各类传感器。下面对系统中的主要传感器设备作简要说明[6]。

1）皮带机的速度传感器选择了德国西门子公司的ECP-ET 型速度传感器，该传感器安装于皮带机传动滚筒之上，可精准采集皮带滚轮速度。

2）温度传感器选用的是HS300 温度传感器，主要布置于滚筒个轴、链轮轴以及电机的传动轴等关键部件上，以了解结构的温度，防止此类旋转机械温升过高，对结构造成损伤。

3）皮带张力传感器选择了XC-QJ400 型张力传感器，作为直接了解皮带状态的传感器，该传感器通过对皮带内部张力的监测，判断出皮带所处的状态。

4）皮带跑偏传感器，选择型号为SJC-U900 的传感器，皮带在运行过程中常产生皮带跑偏的情况，为了避免皮带跑偏对生产运输的影响，需对皮带的状态进行监测。

图2 硬件系统设计

4 系统的软件设计

皮带机在线监控系统的主控制程序在MicroWIN 环境下开发完成，该主控制程序根据系统功能的不同，嵌入不同的子程序。主程序主要负责界面控制、数据的输入与输出，监控系统的各项具体功能均由子程序实现。软件编程是与第三方专业团队合作完成的，图3 所示为系统运行的界面示意图。

图3 系统运行主界面

系统运行主界面主要包括巡检视频区、皮带机故障监测区、巡检量状态监测区、固定量状态监测区等。巡检设备主要负责对皮带机各个区域进行动态监视与状态监测，用户可以在该功能下查阅巡检设备实时的监控画面。固定量状态监测区域主要显示皮带机各传感器的监测数据，包括关键位置温度信息、皮带张力、电机电流与电压等信息。皮带机故障监测区主要负责对系统所采集的信号进行分析，并判断设备有无故障，若出现潜在故障特征信号，系统会通过亮起不同的灯以示警告。巡检量状态监测的数据主要反映了巡检设备的状态，方便操作人员进行干预。

5 系统监控测试效果分析

为了进一步验证系统的可靠性与稳定性，将该系统投入煤矿生产现场初期的5 个月进行试用。试用的结果表明，该系统能够完成对皮带机监控数据记录、数据分析、故障识别、预警能力等。

系统可对皮带机采集的信号进行处理分析，并发出故障预警。在测试中系统对各类型故障进行了统计分析，根据分析结果可知，皮带机发生驱动电机故障2 次、皮带断裂故障2 次。根据对该系统皮带机状态的初步故障诊断，可以对皮带机实际故障分析与判断提供有力参考，对于皮带机在线监控系统的研究具有借鉴意义。

6 结论

皮带机作为一种综合性的现代化煤矿运输设备，由于其结构相对简单、工作效率高得到了广泛应用。保障皮带机的正常连续且高效率的运行，对于提高煤矿的生产效率具有重要意义。在线监控系统的设计对皮带机的故障识别、使用维护提供了有力参考，也为煤矿的生产提供了有力保障。