矿用带式输送机安全预警系统的设计研究

帅文华

（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山县木瓜煤矿， 山西 吕梁 033102）

引言

带式输送机因其具有操作简单、运输量大、设备维护方便等特点，在煤矿作业生产中被广泛应用。但是带式输送机的工作环境差，常常掉落固体颗粒、粉尘到输送机的一些回转机构中；同时带式输送机工作量比较大，处于高负荷运转状态。这也导致皮带输送机容易产生故障，从而对企业的生产造成影响[1]。

常规的对皮带输送机故障的判断，基本上依靠人工判断。但一些托辊轴承的故障，外观几乎没有变化，内部可能产生卡滞现象，容易导致传送带与托辊之间由滚动摩擦变为动摩擦。动摩擦会导致皮带温度增加，可靠性降低，容易导致皮带断裂等故障的发生。带式输送机属于较长的设备，在远处无法及时有效地对设备进行监控。所以开发一套远处安全检测系统，可以实现对设备信号的采集、初级故障的识别与判断[2]，对输送机的维护使用具有重要意义。

1 带式输送机常见故障

及早发现带式输送机的故障，并作出正确的诊断，可以有效降低因设备故障导致的损失，间接地提高了生产效率。常见的带式输送机故障有皮带跑偏、托辊卡滞、托辊轴承破坏失效、皮带打滑等，其中最为常见的故障为托辊轴承的失效。

1）皮带跑偏：皮带在长时间偏载荷的作用下，容易跑着皮带出现跑偏的问题，也可能是在带式输送机运行过程中因给料不正，此类故障比较容易判断，发生跑偏时，人员容易识别[3-4]。

2）托辊卡滞：由于托辊安装位置精确度不够、轴承承受载荷不均，或者是安全不当导致托辊轴承失效。

3）皮带撕裂：常见原因为物料棱角对皮带造成损坏，长时间工作皮带产生断裂[5]。

分析众多带式输送机常见故障，从根源上判断，排除由于人员操作不当可能会导致皮带跑偏、断裂等现象，其大部分故障均与托辊相关。

2 预警系统总体框架的建立

针对目前在日常运行过程中矿用带式输送机检测、监控的手段少，存在很大的不确定性、盲目性，不能精准及时对设备状态进行把控[6]，本文设计开发矿用带式输送机安全预警系统，首先对系统的总体结构框架进行分析与建立，本小节对系统的框架设计做简要说明，在分析带式输送机故障分类、特征，以及对预警系统用户需求的基础上，基于原监控系统结构模型的WEB 三层信息架构的信息系统。

基于用户对带式输送机智能诊断预警系统的实际需求分析，并结合系统常见的使用功能模块，确定系统主要包含如下3 个功能模块：用户设置模型、历史信息采集模块、安全预警处理模块。

用户设置模型：主要包含用户信息管理、系统使用与设置等，为用户提供指导操作的帮助模块，简化操作使用界面。

安全预警处理模块：实时预警，主要是基于采集的振动信号，通过信号分析、处理，提取故障特征频率。基于此频率，对设备的故障类别作出诊断，输出控制信号。

历史信息查询：主要是既往预警信息的记录，方便查阅统计规律。

3 预警系统的设计与功能实现

3.1 预警系统的设计

3.1.1 系统界面的设计

对于体统界面的开发同样重要，主要实现该系统各项功能，提供快速、可视化的操作按钮，具有良好的人机交互界面，较容易上手，同时简约、美观大方。如下页图1 所示，为系统界面的主要功能布置区域说明，界面依据其具体功能划分四个板块，根据不同的区域做如下简要说明：

功能模块菜单：主要包含用户管理与帮助、历史信息查询、安全预警信息的查询等根菜单目录，基本功能的实现。

预警及处理现实区：主要是显示近期发生的安全预警数据，显示预警类型、发生时间、应对处理手段等指导性信息。

系统安全评价：采用不同的统计图显示，累计的预警数据，方便统计观察规律，对系统的维护提供便利，统计信息以不同颜色表示，红色表示需要立即处理，黄色表示需要提前注意，绿色代表设备当前没问故障。

统计发生率区：对带式输送机所发生的各类安全预警情况进行统计，并以不同危险等级表示饼状图，显示设备已经发生过的故障状态。

图1 系统主界面功能布置

3.1.2 统功能模块的设计及实现

与主流使用的数据库（SQL Server、Oracle ）相比，My SQL 拥有众多优势，如执行效率更高，易于学习。本文对预警系统的研究采用了以My SQL 为基础支撑，可以存储系统监测与产生的数据，基于My SQL环境下开发，对数据库中数据信息进行调用等，实现对后台数据的访问。

系统前端主要依据原有界面系统，改进集约化调整，系统界面上各个功能模块之间的逻辑关系整合，实现系统Web 操作界面。使用者只需要使用Web 浏览器即可实现对系统页面的访问与操作。如图2 所示为本文研究的矿用带式输送机安全预警系统。

3.2 系统功能的实现

为了检验安全预警系统实际使用情况，现根据临汾市某工厂煤矿带式输送机的数据，首先现场布置传感器，系统对传感器所采集的数据每3 s 发起一次数据访问。采集的数据将被系统所记录，并对其进行分析。在系统显示区域绘制实时监测数据的曲线，同时分析托辊的振动信号、电机外壳温度信息等，在用户设定好安全阈值后，系统可以对所采集的数据进行判断。

系统对所采集的数据进行分析，并通过折线图与柱状图直观反馈给用户，根据现场采集的数据分析，得到实验监测的实时数据，如图3 所示。折线图与柱状图可以帮助使用者了解设备的状况，可以反应托辊的振动信息、特征频率；也可以显示电机外壳的温度；传动皮带的带速等信息。同时，统计图以不同颜色显示，红色代表警示。系统能够很好地应用于带式输送机的安全预警，对带式输送机使用与维护提供了巨大帮助。

图2 系统运行主界面

图3 系统实时运行状况界面

4 预警系统测试效果分析

为了进一步了解改进系统的综合性能，在临汾市某工厂煤矿带式输送机上进行测试应用。测试时长为4 个月，全天24 h 监控。系统完成了对监控数据进行记录、处理，并实时对输送机状态进行显示。如下页图4 所示，为系统监测4 个月后，对历史信息的统计结果。

根据系统实际应用测试的结果，分别显示了各种故障所占比例，以及故障时间分布情况。从左侧柱状图可得，绿色为安全，达到绿色运行的天数为50 d。橙色为基本安全，期间有较小的故障发生。红色严重故障发生时间，在测试周期中有20 d 运行状态较差。故障原因分析主要发生故障依次为：电机故障、断带故障、打滑故障。通过对测试结果的分析，显示系统实现了对输送机的监测以及对各种故障的判断，对输送带监控系统的应用具有借鉴意义。

图4 系统运行统计结果

5 结论

1）针对目前主流带式输送机故障排除困难、诊断不及时等现实问题，提出My SQL 数据库设计的矿用带式输送机安全预警系统，探究对带式输送机故障的提前预警、诊断的新方法。

2）对预警系统进行了长达四个月的实验测试，显示系统实现了对输送机的监测以及对各种故障的判断，达到设计改进目标，对输送带监控系统的应用具有借鉴意义。

3）设计改进了矿用带式输送机安全预警系统，完成对系统的框架搭建与设计。最后基于临汾某带式输送机现场布置实验，对预警系统功能进行了检测，检测结果良好，达到预期设计功能，可以为用户在对带式输送机进行故障诊断与维护时提供参考。