选矿企业皮带运输机智能控制与管理

张科明 杨玉武 张奥森

（鞍山钢铁集团有限公司东鞍山烧结厂）

皮带运输机在运营过程中常见的问题有设备完好率差，皮带运输机的头、尾轮的轴线平行度在设备安装时精度不够，设备运行以后缺少调整而导致设备跑偏、打滑，增加了事故发生的概率［1-6］；胶带和托辊质量差，使用寿命短；岗位工人对设备的了解和专业化程度、处理事故的能力有限，经常导致系统停机，给企业造成损失。在皮带运输机管理方面，存在管理缺失和管理不到位，对于胶带和托辊的采购不切合实际，采购的物品质量不高。这些都是导致皮带运输机事故发生、运行效率低的原因。通过智能控制改造，提高管理意识，改变招投标形式，提高岗位工人的素质等方式，可以从根本上解决相关问题。

1 皮带运输机容易出现的故障和问题

1.1 跑偏

跑偏是皮带运输机最常见的问题，也是最难解决的问题。跑偏会导致撒料，加大清扫量，严重时会发生划伤胶带等重大恶性事故，直接影响生产。

1.2 堵漏

皮带运输机系统通过漏斗转运物料，当物料堵住漏斗时，物料会堆撒在地上，严重时会压住皮带，造成严重恶性事故。

1.3 打 滑

皮带运输机打滑是驱动装置在工作，尾轮转速降低，严重时压住胶带，造成物料堆积，胶带磨断，烧毁电机。

1.4 划 伤

由于运送的散料中混有金属利器，在经过转运漏斗时，刺伤胶带卡在漏斗壁上形成杠杆，轻则划伤胶带，重则导致系统瘫痪。

1.5 安全事故

皮带运输机的头轮、尾轮、沉轮处是容易伤人的部位，当清扫和处理发生的故障时，人员处理不当，会导致事故发生。

2 皮带运输机智能控制

2.1 智能控制系统结构

智能控制系统共有六大功能，对皮带运输机出现的问题和故障进行智能化处理，确保安全运行，提高运行效率。系统由信号采集探头、PEC系列控制器、驱动装置、工程师站、无线基站构成。检测元件采集运行中的相应信号，并对运行中的异常信息进行上传；智能控制系统能自动处理皮带运输机运行过程中发生的故障现象；控制器控制执行机构对事故现象进行处理。皮带机控制系统结构见图1。

2.2 调偏装置

皮带运输机在运行过程中，由于多种原因会出现跑偏，胶带偏离中心线，向一侧偏离。严重时会导致下料口漏料，沿皮带运行方向撒料，也会发生胶带立起划伤的恶性事故。跑偏检测装置采用红外技术，以皮带机中心线为基点，当皮带跑偏时，造成发光管遮挡，输出信号。当检测到一级和二级信号时，自动调偏装置电机运行，驱动活架子进行调整；当检测到三级信号时，立即输出指令停车。从检测信号到调整，反应时间为5 s。调偏装置见图2。

2.3 防撕裂装置

防撕裂检测装置采用视频技术、计算机图形处理技术和大数据技术，取代以往各种接触式的传感器，具有数据准确、使用成本低的优势，能实时监控皮带运输机的运行状态，自动检测皮带运输机胶带撕裂、划伤情况。当胶带出现撕裂划伤时，系统自动报警并弹出问题照片，快速准确地提供皮带运行状态信息，同时控制器发出指令，设备停机，反应时间为5 s，可避免造成更大事故。防撕裂监控照片见图3。

2.4 打滑处理系统

皮带机出现打滑的原因是胶带松弛，导致头轮带动胶带运行的摩擦力降低。如果不及时处理打滑，来料系统继续供料，会发生物料堆积，压住胶带。而头轮继续运行，会让胶带寿命缩短，严重时导致胶带断裂，烧毁电机。

打滑处理系统见图4。系统为两部分，其一为机械部分，由丝杠和滑道构成；其二为控制部分，由控制器和伺服电机构成。皮带运输机尾轮为被动轮，通过速度检测器检测到尾轮转速降低时，输出信号给控制器，控制器发出指令给执行机构，丝杠动作，推动尾轮移动。尾轮运动可以加大胶带张紧度，解决打滑问题。通过丝杠运动，也可以调整头轮和尾轮轴线平行度，避免胶带跑偏。

系统为智能控制，根据多年现场实际检测，当尾轮的转速和额定转速的差不小于10%，运行时间不小于30 s时，或者速度差不小于20%，运行时间不小于12 s时，定义为皮带机打滑，这时执行机构开始动作。智能控制系统还可以定期检测头轮和尾轮两轴线平行度是否在额定值内，如有偏差，就进行调整。出现打滑现象后，信息上传至来料系统，使其停止供料，如果情况严重，停车报警。当打滑现象解除后，上传信息给来料系统，恢复运行。系统从发现到调整，反应时间为5 s，调整区间根据设备情况而定。

2.5 堵漏处理系统

针对堵漏问题，在皮带运输机的漏斗上方安装识别联动摄像头，漏斗内设置识别标识，实现自动振打和事故停车，可有效防止事故扩大化。识别联动摄像头对运行中的转运漏斗进行实时监测，正常落料的情况下，振打装置定时启动，每间隔60 min振打一次，每次振打1～2 min，发现堵漏遮挡住识别标识时，停止皮带运输机运转。出现堵漏现象后，信息上传至来料系统，停止供料。当堵漏现象解除后，上传信息给来料系统，恢复运行，系统反应时间为5 s。转运漏斗见图5。

2.6 安全保护装置

安全防护设施为三部分，其一为机械防护，在容易伤人的部位安装机械防护板；其二是红外保护，在容易伤人的区域安装红外光栅保护网；其三是视频识别联动，在容易伤人的区域安装识别联动摄像头。识别联动摄像头监测到人员进入监测区域时，进行语音报警。红外传感器只要触发，立即停车。这样可以提高安全防护的可靠性，确保安全。光栅安全防护见图6。

2.7 人机交互系统

皮带运输机在运行过程中，其电机和减速机容易出现异常故障，如果对这些故障不能准确定性和及时处理，会导致设备损坏，系统停产。因此，建立人机交互系统，可以实时对驱动电机和减速机进行数据采集。人机交互界面见图7。

电机检测系统是检测运行中电机的电流、电压、震动和电机输出端的转速，了解电机的运行情况，采集数据传至基站。减速机检测系统是检测运行中减速机的震动、静态时润滑油液面高度和温度，了解减速机的状况，采集数据传至基站。系统由检测探头和基站构成。通过IMS管理平台，将所有现场采集到的数据存储、诊断和上传。如发现异常，及时报警和通知相关人员。

3 皮带运输机的管理

3.1 皮带运输机的运维现状

目前清扫、运转、维护设备实施包保；托辊由厂方采购，由岗位工人负责更换；运输机胶带由厂方采购、胶接，由厂内专门的队伍或雇外单位完成更换，每年都需要一大笔费用。同时，胶接的质量不如胶带厂家，胶带备品也是由厂方自备。

现在皮带运输机使用的胶带是由公司的相关部门统一采购。使用单位提出规格数量要求，由管理部门提交到公司进行招标采购。由于投标单位的恶性竞争，胶带生产厂家大多使用再生胶，降低胶带的制作成本，影响胶带质量，导致胶带的使用寿命减少。招标部门逐年降低采购价格，使用单位逐年增加使用费用，胶带采购低价位，现场使用高消耗。胶带的质量直接影响运行效率。

企业中托辊采用招标采购，实行低价位中标。这样采购的托辊使用寿命短，有的使用周期不到半年，有的甚至不到3个月。托辊的辊皮薄，一般在3 mm以下；托辊轴承质量差、寿命短。由于托辊的完好率低，增加了胶带和托辊间的摩擦力和胶带磨损，加大了电机的负载，导致拖动电耗加大，影响运行效率。

皮带运输机的岗位看护人员素质普遍不高，由于培训不够，岗位工人对设备不了解，出现问题不知如何处理，有时责任心不强，设备出现问题发现不及时，导致事故频发。

3.2 现场的设备状况

现场实际情况是设备完好率较差，经常发生故障，导致运行效率低。主要问题是尾轮和头轮的轴线平行度差偏大，维护检修不够；胶带质量差，韧性不够，使用周期短；托辊质量不好，运行寿命短，现场的托辊完好率低于80%，甚至更低，导致拖动电耗大。

3.3 包保管理

胶带承包要求胶带的质量好，柔软度好，寿命长，同时负责提供备品和胶带的胶接。胶带的使用寿命长，减少了更换胶带所用的时间，生产效率得到提高。同时，合理设计胶带的层数，也会降低胶带的采购成本。由用户提出使用标准，胶带厂家按用户的实际需求制作胶带。谁提供胶带，谁负责胶带的胶接，谁负责提供备品。这样厂方会减少资金的占用和生产费用。

托辊包保制作要求是辊壁使用5 mm以上厚的高频焊管，轴承的使用寿命为2万h，托辊端盖密封耐压4个大气压，托辊寿命必须达2 a以上。托辊采用一次更换的方法，就是利用全停时间，将皮带机的托辊全部更新。下一次更换由承包单位负责，还是采用一次更换的方法。这样，可以确保托辊的完好率在95%以上，甚至达到98%左右，使托辊的更换周期为20个月以上，利用厂内全停时间，合理安排更换日期。

皮带运输机的清扫与维护实施包保，承包方设置清扫队伍，白班进行清扫，可以一天扫一次，也可以间隔一天清扫，以不影响设备运行为原则。要安装好的清扫器，加强维护，减少漏料，可有效减少清扫量。

皮带运输机实施总承包，胶带和托辊为一家供给。对于厂方，托辊完好率达95%以上，运行效率大幅提高。对于承包方，换下来的旧托辊更换轴承后可重复使用，提高效益。所以实行总承包可获得双赢的效果。

4 效益分析

（1）皮带运输机智能控制系统应用可以减少70%的岗位人员，一个运行系统大约有十几条皮带运输机，可以安排2个人在值班室守候，如果现场出现问题，及时处理。智能控制系统提高了设备运行效率，实现了故障早发现、早处理，有效地避免重大恶性事故的发生。

（2）皮带运输机实施包保，可以减少设备管理人员，原来的招标管理体系可以撤销，相关的管理人员等可以减少；原来厂内的专业胶接队伍可以撤销，改做其他工作。承包方负责胶带备品采购、胶带的胶接，企业可以节省相关的材料消耗和胶接费用，减少资金占用；同时，高质量的材料备件可以减少设备检修时间，延长保养周期，提高生产运行效率。

5 结语

随着矿山企业信息化的日益发展，选矿设备智能化改造已成为必然的趋势。智能控制系统能对皮带运输机运行中出现的问题做到早发现和智能化处理，减少生产停机，有效避免人员和设备的伤害事故。智能化程度提高了，生产效率自然会大幅提高。实行皮带运输机整体承包，包保人员专业化更强，且便于管理，实现了设备采购、维护、保养一体化。设备智能化，管理专业化，企业减少了人员，提高了设备完好率和生产效率，大大降低企业的生产成本，对于当前矿山系统改造，建设数字化、智能化矿山有着重要的意义。