矿石皮带机运行巡检无人化模式研究及应用

杨丽华，王明月，丁明星

(山东港口日照港集团岚山港务有限公司，山东 日照 276800 )

1 研究背景

矿石自动化系统是一套集码头皮带机卸船、管带机疏港为一体的专业化、自动化系统，可实现矿石卸船至堆场，再从堆场至山钢、日钢两大钢厂的输送，也可实现卸船到钢厂的直通联运。系统皮带机共有26条，全长约27.2 km，通过18座转运站环环相扣，其中单机最长约3.6 km(见图1)。目前的巡检主要依靠人工巡检，人员高空行走巡查一遍至少需要3 h，劳动强度大，危险系数高。

图1 矿石自动化系统沿线

2 主要技术及创新点

本文在研究传统巡检方式的基础上，结合生产业务实际情况，将技术手段与管理模式相结合，对皮带机巡检模式进行研究与改革。通过改善设备性能状况，充分利用全面封闭隔离、两级监控互补、人员实时定位、智能机器人巡检等信息化、自动化手段，对现场设备设施、生产作业、检修工作区域进行全方位管控，较好地改善了长距离皮带机巡检及生产管理粗放问题，达到安全、省工、降低工人劳动强度的目的，形成皮带机运行时无人巡检、停机后对设备进行全方位、全覆盖检查、维护、保养的管理模式，达到安全高效运行的目标[1]。

2.1 实施“三位一体”封闭隔离，实现全面安全防护

从设备与人员的安全有效隔离着手，最大程度降低人员闯入、触碰设备导致的安全风险，提升皮带机接触范围内的安全性。

2.1.1 设备重点高风险位置单区域封闭

对滚筒、电机、配重、转动部位等设备重点高风险部位进行单区域隔离，杜绝人员靠近危险设备及区域，如图2和图3所示。

图2 滚筒区域隔离

图3 配重区域隔离

2.1.2 巡检路线全面封闭隔离

管带机展开段加防护网至成管段(见图4)；普通皮带机沿线回程托辊全线隔离(见图5)；为保障清料安全，在转运站内清料抛料点加装清料护网。

2.1.3 转运站大区域封闭隔离

对18个转运站、堆取料机轨道梁进行大区域封闭隔离，对山钢、日钢接口处进行门禁上锁管理。

2.1.4 门禁连锁皮带机上位系统

将门禁并入皮带机系统，人员进出塔可实时在监控画面显示。上位机中显示有人、无人信号，对进出入转接站人员进行全面管控，同时在上位机中设置“皮带机启动复位按钮”权限，进一步限制皮带机误启动[2]。

图4 管带机展开段隔离防护网

图5 普通皮带机沿线隔离防护网

2.2 提升监控覆盖率，实现监控区域模块化管理

皮带机在生产过程中长时间负载运行，设备自身极易发生故障，需要对其全线设备运行状态进行实时监控，传统监控巡检模式难以胜任这项庞杂的工作。面对这项难题，本文分三步完成了对监控使用管理模式的优化升级。

2.2.1 提升监控覆盖率

将原有视频监控全部升级为高清数字监控，经过全面梳理，在原有29个监控摄像头优化调整的基础上，再新增44个，系统高清监控摄像头累计达251个，实现了皮带机关键部位、二级以上风险点视频全覆盖。

2.2.2 推行二级监控管理

在现场班组分别建设3个二级监控室，在中央集控室全面管控的基础上，让现场班组对各自所属区域实行重点管控。运行中设备的监控点在中控室监控电视墙上全覆盖显示，各区域运行中设备的监控点在现场班组监控电视墙对应显示，形成中控、现场两级监控巡检，实现设备管控互补。

2.2.3 分级别、分流程显示画面

为降低监控图像切换、监视任务量，根据运料流程、重要程度逐一对监控画面进行梳理、归类，对监控区域进行模块化管理，形成一级监控位置静止显示，二级监控位置滚动显示，克服监控巡检任务庞杂难题。

2.2.4 人员实时定位，实现位置状态管控

为确保最大程度降低作业人员进入现场的安全，采用GPS定位系统对现场作业人员进行精准定位。现场工作人员每人佩戴电子工位卡，可在后台实时查看人员位置和运行轨迹，对人员进行实时跟踪、提醒，确保作业人员位置状态管控到位。

2.3 安全保护装置升级，实现运行巡检无人化

皮带机设备运行的稳定性及安全保护装置可靠性是进行设备运行巡检无人化的基础。在管理优化的基础上，还通过技术改造创新以及智能化、信息化手段夯实设备可靠性基础。

2.3.1 提升设备运行可靠性，升级安全保护装置

通过对皮带机主要故障类型进行分析，对跑偏、堵料等皮带机高频故障进行专项研讨。通过改造双面料流调节装置(见图6)、加装自动纠偏托辊组(见图7)、空载扭转反向调节、制作更换加长型托辊等，有效实现调偏调扭。

图6 双面料流调节装置改造

图7 加装自动纠偏托辊组

安全装置是保障系统安全运行的关键。原堵料开关不能有效检测料堵，溜槽内堵料现象时有发生，为保障系统的安全运行，通过应用上下游料流开关、改造限料装置(见图8)、改造“鼠夹式”堵料开关(见图9)、对安全保护装置实施升级改造。大幅提升安全保护装置的有效性，实现溜槽堵料预警防控。

图8 限料装置改造

图9 “鼠夹式”堵料开关

2.3.2 探索信息化手段，推进智能机器人巡检

智能巡检机器人(见图10)运用图像识别、热成像、识音分析等技术，对长距离管带机输送过程中设备异常状况和环境工况进行定时、定点、定量的移动式巡检。

图10 智能巡检机器人

3 效益分析

通过全面封闭隔离、两级监控互补、人员实时定位等手段，以皮带机运行无人巡检模式代替传统巡检模式，大幅降低劳务用工，实现安全高效全程设备管控，取得了较好的经济效益和社会效益。

3.1 经济效益

传统皮带机巡检模式，每条皮带机至少配备2名巡检人员，按照三班倒机制，每条皮带机需要6名巡检人员。对巡检模式改进后，平均每4条皮带机配备2名巡检人员，劳务用工成本降为原有的1/4。目前共有皮带机26条，按照每人5 000元/月的用工成本，年度节省5 000×6×3×12=108万元。

多项技术、管理提升措施大幅降低生产停机时间，按照每年输送系统溜管堵料10次、卸船系统堵料10次，每次节省清料时间24 h计算。依据矿石系统输送矿砂时平均作业效率约5 000 t/h，每年提高运量240万t，矿砂运费7.5元/t，运送矿砂成本约5.5元/t，年可增加利润约480万元。

3.2 社会效益

运行巡检无人化模式最大限度实现了人机分离，从根本上保障了皮带运行过程中操作、维修人员的人身安全。人员只需要在设备停机时进场巡检，劳动强度降低。避免运行巡检环境下粉尘、噪音等职业健康问题，作业环境大为改善。

4 应用推广

日照港岚山公司的皮带机运行巡检无人模式的研究与应用在同行业解决了人工+监控巡检模式下存在的突出问题，各项创新措施环环相扣，大幅推进了皮带机运行管理向无人化迈进的发展速度。随着巡检机器人扩大使用范围，此巡检模式将产生更大效益。同时，本项目通过风险等级梳理、安全保护装置改造、二级监控互补、智能巡检机器人等技术与管理手段实现皮带机设备运行巡检无人化，对国内皮带机行业设备巡检模式改革和人机隔离、本质化安全建设具有较大的借鉴意义，可在港口、矿山、冶金、电厂等行业进行推广应用。