带式输送机运行状态自动诊断及报警系统研究_薛鑫.pdf

带式输送机运行状态自动诊断及报警系统研究薛鑫（挖金湾煤业公司原煤准备队，山西大同037003）摘要：针对目前输送机系统缺乏运行状态自动监测和诊断功能，运行故障率高、稳定性差的问题，提出了一种新的带式输送机运行状态自动诊断及报警系统，该系统采用多传感器监测和智能模糊判断逻辑实现了对输送机运行状态的实时诊断和故障预警，同时系统能够输出输送机的运行状态检测报告，为系统维护提供依据。根据实际应用表明，该运行状态自动诊断和报警系统能够实现输送机运行故障的及时识别、自动定位和故障分析，将输送机停机故障率降低了 97.4%，将故障处理平均时间降低了 76.3%。关键词：带式输送机故障诊断自动报警中图分类号：TD634.1文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0203-02引言带式输送机是煤矿井下物料运输的核心设备，其运行的稳定性直接决定了井下物料运输的安全性和经济性，特别是随着输送机系统不断朝着高带速、大运量、长距离方向发展，在运行过程中出现输送带跑偏、输送带撕裂、输送带打滑等异常的概率不断加大，而目前的输送机系统普遍缺乏运行状态监测和故障诊断预警功能，依靠人工排查则存在着效率低、安全性差的不足，无法满足输送机系统运行安全性的需求。结合输送机运行监测需求，提出了一种新的带式输送机运行状态自动诊断及报警系统，通过在输送机系统上设置多种类型的传感器，对输送机运行时的关键状态信息进行实时监测，当出现异常时及时进行报警，系统自动对输送机异常位置和原因进行分析，缩短输送机系统的故障排除时间。同时该系统还能够将输送机运行时的运行情况汇总成运行状态报告，为输送机的维护保养提供依据，提升输送机的运行稳定性和可靠性。根据实际应用表明，该运行状态自动诊断和报警系统能够实现输送机运行故障的及时识别、自动定位和故障分析，将输送机停机故障率降低了97.4%，将故障处理平均时间降低了 76.3%，具有极大的应用推广价值。1运行状态自动诊断及报警系统为了满足该输送机运行状态自动诊断和报警的需求，要求控制系统能够对输送机的运行状态信息进行全面的监测，结合输送机的运行特性，本文所提出的运行状态自动诊断及报警系统整体结构如图1 所示1。由图 1 可知，为了满足监测可靠性的需求，该自动诊断及预警系统采用了模块化的结构设计，模块一为主控模块，主要包括了各类预警模块、设备控制模块、数据传输模块等，各个模块间均采用了开放式的接口，能够快速的进行扩展和更改，满足不同情况下的监测需求，同时各模块之间的数据通信均采用RS485 通信协议，满足数据高速通信需求2。在该控制系统中，上位机主要用于显示监测结果，同时可以使控制人员进行远程调控，配电模块主要用于对给监测传感器和设备的用电情况进行精确配置，消除电压波动导致的监测偏差。语音预警模块主要是用于控制系统的语音功能，实现故障语音警示。I/O接口模块主要用于不同开关信号和模拟量数字信号的采集和转换，满足数据传输安全性的需求。模块二为沿线设备模块，主要包括沿输送机布置的各类数据采集终端、下位机模块等，主要是对输送机的运行状态进行监测及就地控制，其中闭锁模块主要是用于当输送机出现故障时的紧急停机，采集终端主要是用于对各类传感器数据进行统一汇总和采集，实现数据汇总和传输。模块一和模块二之间主要采用了电缆连接，电缆采用了双屏蔽高速通信电缆，能够实现数据的双向专用线路通信，提高数据传输效率和抗干扰性。2系统硬件选型输送机系统长期在煤矿井下恶劣环境中运行，因收稿日期：2022-01-15作者简介：薛鑫（1995），男，山西大同人，本科，毕业于山西农业大学信息学院机械设计制造及其自动化专业，助理工程师，研究方向为各设备的使用。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.080图 1运行状态自动诊断及预警系统示意图监控上位机PLC主控器主控模块组合配电控制模块1 号组合配电控制模块2 号组合配电控制模块3 号组合配电控制模块4 号组合配电控制模块5 号组合配电控制模块6 号语音预警模块沿线设备控制模块I/O接口模块电缆多功能语音电话急停闭锁开关机尾下位机 1 号机头下位机 2 号采集终端沿线设备自动化系统设计机械管理开发第 38 卷此对该监测系统的硬件结构可靠性提出了更高的需求，通过多次井下实测对比验证，各传感器设备在进行选型时的核心点总结如下3：1）温度传感器：温度传感器的作用是对输送带运行时在驱动滚筒处的稳定进行监测，防止出现摩擦起火，或者设备运行温度过高而导致的故障，结合实际工作情况，可选用 KGW200H 型温度传感器，满足井下监测需求。2）速度传感器：速度传感器主要是对输送带的运行速度进行监测，防止出现输送带运行超速和打滑故障，要求传感器能够满足 07 m/s 的测速范围，同时其测量误差不能大于 1%，确保对输送带运行速度监测的准确性。3）撕裂传感器：撕裂传感器主要用于对输送带是否发生纵向撕裂进行监测，在实际使用过程中将传感器设置到机尾改向滚筒的上侧，对其设置一个阈值，当输送带撕裂时，其产生的磁场会发生变化，撕裂传感器捕捉到磁场变化后即可判断输送带发生了撕裂异常。4）张力传感器：张力传感器是对输送带的运行张力进行检查，然后将监测结果返回到控制中心，通过控制中心发出调控指令，控制张紧装置进行相应动作，确保输送带的张力保持在安全范围内，解决输送带因张力变化而导致的打滑、撕裂等异常。5）跑偏传感器：主要用于对输送带的运行偏位情况进行监测，一般设置在输送机机架的两侧，当输送带出现偏位后进行报警和偏位量计算，将结果反馈到控制中心，控制主动调节机构进行偏位量的自动调整，确保输送机的运行安全性。6）电流传感器：主要用于对输送机驱动电机的工作电流进行监测，实现对各驱动电机运行负载的监控，当出现异常时及时进行报警和调整，防止因负载偏差过大而导致出现电机烧毁，影响输送机的运行安全性。3系统软件控制逻辑由于输送机系统在运行的过程中受落料冲击、输送带内张紧力变化等，存在多重不稳定性因素，因此按照传统的控制逻辑，将导致经常性的误判，影响输送机系统的正常运行，因此本文提出了一种新的基于模糊判别的控制逻辑。在对输送机系统的运行故障进行判别时，系统先根据监测数据进行初次判别，然后再控制中心通过模糊判别逻辑对状态量进行修正，根据输送机当前的实际运行状态自动计算出数值修正量，系统依据实际监测数据和修正量来对输送机是否处于故障状态进行判断，有效地避免了输送机状态波动导致的误报警情况，其故障监测及判断流程如图 2 所示4。由图 2 可知，在系统运行过程中监测到故障信号后，系统对故障进行全面诊断，并根据故障监测结果进行报警、停机等运行，确保输送机的运行安全性。该自动监测及报警系统完成后，对其运行情况进行监测，输送机运行时的停机故障数量由最初的 6.3次/月降低到了目前的 1.638 次/月，平均停机故障率降低了 97.4%；发生故障后系统能够自动进行故障定位和识别，将故障处理时间由最初的 17.3min 降低到了目前的 4.1min，故障处理平均时间降低了 76.3%，对提高输送机系统的运行稳定性具有十分重要的意义。4结论针对目前输送机系统缺乏运行状态自动监测和诊断功能，运行故障率高、稳定性差的不足，提出了一种新的带式输送机运行状态自动诊断及报警系统，对该系统的结构组成、传感器选择要点、逻辑判别方式等进行了分析，结果表明：1）自动诊断及预警系统采用了模块化的结构设计，模块一和模块二之间主要采用了电缆连接，电缆采用了双屏蔽高速通信电缆，能够实现数据的双向专用线路通信，提高数据传输效率和抗干扰性。2）传感器在选型时，要充分考虑井下特殊的使用环境，确保传感器的应用可靠性。3）该运行状态自动诊断和报警系统能够实现输送机运行故障的及时识别、自动定位和故障分析，将输送机停机故障率降低了 97.4%，将故障处理平均时间降低了 76.3%。参考文献1李康.基于 PLC 和网络通讯技术的带式输送机监控系统的研究图 2系统故障监测及判断流程开始输送机正常运行是否发生故障?是否按下急停?是否按下停机?NNNYYYY故障综合诊断故障是否严重?报警不停机N发送急停信号，上传急停位置报警停机、停机并洒水等速度是否降至停机值?NY抱闸电机抱闸停机张紧电机停机输送机停止运行（下转第 209 页）2042023 年第 2 期3昌垚晖，陈建，鲍明，等.基于正交试验的非对称垂直轴水轮机数值模拟J.热能动力工程，2020，35（6）：61-68.4中国长江电力股份有限公司.一种调速器接力器分段关闭自适应控制装置及方法：CN109139351AP.2019-01-045长江三峡能事达电气股份有限公司.一种水轮机调速器分段关闭阀：CN211038900UP.2020-07-176占小涛，张晓宏，张俊发.水轮机导叶开启和关闭规律探讨J.人民长江，2017，48（9）：89-93.7徐利君，杨桀彬，王康生，等.水轮机导叶关闭规律对蜗壳末端压力的影响J.水电能源科学，2017，35（9）：131-134.8朱利民.ZYWL-4500D低开孔全方位定向钻机设计J.煤矿机械，2020，41（8）：22-24.9芦月，屈波，何中伟.抽水蓄能电站不同水头下导叶关闭规律研究J.水力发电，2016，42（12）：85-89.（编辑：王慧芳）Application of Hydraulic Turbine Segment Shutdown Automatic Control SystemYang Zhanxing（Peoples Government of Xiaojiazhuang Town,Chiping District,Liaocheng Shandong 252100）Abstract:In order to solve the shortcomings of complex structure,poor reliability and large closing impact of hydraulic turbine governorusing reversing valve-driven guide vane closing control,a new hydraulic turbine sectional closing automatic control system is proposed torealize the automatic sectional control of hydraulic turbine guide vane closing based on proportional throttle valve as the core and adaptivecontrol logic.According to the practical application,the control system can realize the sectional closure of the guide vane according to thewater flow in the pipe,reduce the water hammer effect during closure by 77.4%,and increase the closing speed of the guide vane by41.6%,which is of great significance to improve the stability and safety of hydraulic turbine operation.Key words:hydraulic turbine;guide vane segmental closure;proportional throttle valve;adaptive control5谭林.基于 PLC矿井