带式输送机在线监测系统的设计研究

姚光伟

（山西新阳清洁能源有限公司，山西 阳泉 045000）

1 概 况

带式输送机根据摩擦传动原理，由传动滚筒带动输送带运转，将物料运输至目的地。带式输送机相较于传统运输方式，具有运输量大、适用范围广、输送距离长、维护成本低等优势，可以实现连续转运，在工业生产中广泛应用。山西兆丰铝电氧化铝分公司使用的是拜耳法生产氧化铝，其中苛性碱溶液加热以蒸汽作为热源，蒸汽由热电厂燃煤锅炉提供。热电厂燃煤锅炉带式输送机负责将燃煤输送至原煤仓内储备，再输送至锅炉进行燃烧，保障蒸汽稳定供应，确保生产持续稳定进行。

兆丰铝电氧化铝公司燃煤电厂锅炉车间1 号带式输送机型号DT75，带宽B=1 000 mm，带速V=2.0 m/s，长度L=133 m，最大输送量Q=800 t/h；电机型号Y2-280S-4，电机功率N=75 kW，电机转速n=1 480 r/min，煤仓漏斗采用单板式结构。目前该燃煤电厂锅炉车间采用人工巡检的方式确保带式输送机安全可靠运行，但存在人工成本高、工作环境差且存在安全隐患的问题，而且人工巡检往往不能第一时间发现输送机故障，延误维修时机，间接加大了输送机的维护成本和难度。因此针对这一情况，决定设计研究配套的带式输送机在线监测系统，实时监测设备运行状况，及时发现带式输送机运行中出现的异常，为维运人员处理故障奠定基础。

2 带式输送机在线监测系统功能

根据兆丰铝电氧化铝公司燃煤电厂的需求和锅炉车间1 号带式输送机型实际情况，设计在线监测系统的单元功能。

2.1 实时监测功能

目前该电厂带式输送机的运行状态主要依靠操作人员巡检检查，通常巡检时间间隔为2 h。该方式受巡检人员的技能水平、责任心、时间差等因素的影响，带式输送机故障率一直较高，而且一但发现异常，基本属于严重问题，故障处理所需时间较长，给安全高效生产带来不利影响。因此，建立的远程在线监测系统须能对带式输送机运行状况进行实时监测，一旦带式输送机出现故障，维修人员便可立即在线获得故障数据，能有效提高检修效率。根据现场要求，在线监测系统应具备振动监测、温度监测、速度监测、皮带跑偏监测、堆煤监测等功能。

2.2 异常预警及故障报警功能

带式输送机出现故障，都有一定的先兆，监测系统一旦发现，要进行预警提醒，提示相关人员带式输送机出现异常，便于维修人员可以尽早的采取应对措施。如果带式输送机出现较为严重的故障，监测系统要发出声光报警信号，同时紧急停机，确保现场工作人员的安全，维修人员也能及时进行检查维修，避免故障深化。

2.3 智能信息采集记录及检索功能

目前该电厂带式输送机运行参数由操作人员进行现场收集和记录，费时费力也容易出错。设计的在线监测系统应具备对带式输送机各项参数信息进行自动收集并记录的功能，数据信息存档间隔时间设定为30 s，并且可自动生成日报表、周报表、月报表及年度报表等，为设备维运人员提供详尽有效的历史运行数据。同时，设计的在线监测系统设置有报表信息查询按钮、历史曲线查询按钮、报警按钮等，相关人员可以实时查询数据。

3 带式输送机在线监测系统结构设计

此次设计的带式输送机在线监测系统包括3 部分，即为物理传感部分、信息收集及传输部分、数据处理和显示部分，如图1 所示。

图1 带式输送机在线监测系统结构Fig.1 Structure of on-line monitoring system for belt conveyor

（1）在物理传感结构部分，包括多种传感器装置，如温度传感器、振动传感器、烟雾传感器等，这些传感器装置的主要作用是对带式输送机实时状况进行监测。

振动传感器输出信号为电流信号，电流范围4～20 mA，运用隔离放大装置对电流信号进行转换，转变为电压信号（电压信号范围0～5 V），并传输到8 路EM231 模拟量扩展功能模块中。温度传感器信号也为电流信号，电流范围4～20 mA，可直接传输到4 路EM231 模拟量扩展功能模块中。其他传感器对应的信号全部为数字信号，均可直接传输至EM221 数字量扩展功能模块中。

（2）信息收集及传输部分主要是设置在输送机输煤现场的PLC 装置和显示触摸屏，共设置3个。PLC 装置对各个传感器的数据信息进行收集处理，并传输至上位机，触摸屏可实时显示设备运行中各类参数。

（3）数据处理和显示部分核心是上位机设备，上位机可显示带式输送机运行实时数据，同时将收集到的各类数据进行存储，生成相关报表和曲线图等，供操作者参考。同时，带式输送机运行中发生异常情况或故障时，上位机进行报警，操作者可通过上位机掌握带式输送机异常和故障信息，及时采取相应措施。

4 带式输送机主要状态参数的监测

4.1 振动参数监测

带式输送机属于一种摩擦驱动以连续方式输送物料的转动设备，通过电机减速机或电动滚筒进行驱动。振动监测点设置在转轴较为困难，轴承结构承载整个设备运行负荷，一旦设备出现振动，振动信号也会传导至轴承结构。故此次在线监测系统的振动监测点设置在轴承结构区域，根据兆丰铝电氧化铝公司燃煤电厂锅炉车间1 号带式输送机现场情况，将振动监测位置设置在电机前后轴承端、减速机输入和输出轴端、液力耦合器前后轴端，如图2 所示。

图2 振动监测点分布Fig.2 Distribution of vibration monitoring points

4.2 温度参数监测

轴承温度是体现设备运转状况的一个重要指标。此次在线监控系统温度监测点设置在轴瓦处，选用本安型温度传感器，型号为GWD150，该传感器具有响应迅速、精度和灵敏度高等优点。对采集到的温度信号进行放大和整形处理，输出标准频率信号。温度传感器和模拟量扩展功能模块的接线如图3 所示。

图3 温度传感器和模拟量扩展功能模块的接线示意图Fig.3 Wiring diagram of temperature sensor and analog expansion function module

4.3 速度参数监测

速度传感器对带式输送机皮带速度进行监测，当出现低速、打滑、断带等异常和故障时可以及时提供保护。选用GSH3.6 型速度传感器，该传感器通过继电器进行信号输出，将速度传感器中的继电器常开触点和PLC 装置中的数字信号输入位置进行连接，如果带式输送机的输送带的运行速度偏离正常范围，则继电器常开触点立即关闭，并向系统发出紧急制动信号，确保带式输送机的运行安全。速度传感器接线如图4 所示。

图4 输送带速度参数传感器接线示意图Fig.4 Wiring diagram of conveyor speed parameter sensor

4.4 输送带跑偏参数监测

输送带跑偏会造成物料洒落、带边磨损、皮带撕裂等情况，选择跑偏传感器型号为GEJ30 型，设置在输送带两侧的支架结构上。该型传感器工作原理为当输送带发生跑偏时，皮带会接触探杆部件，探杆发生一定的旋转，旋转至设定位置时，行程开关触发，对外输出相应的开关量信号，同时向在线监测系统发出相应信号。

4.5 堆煤参数监测

输送带积煤会造成皮带打滑、物料运输中断等情况，需用堆煤传感器进行监测。选用GUJ30 型堆煤传感器，设置在带式输送机机头部位。当堆煤高度过高，和传感器触头接触时，触杆发生一定的摆动，摆动至设定位置时，行程开关触发，PLC 装置收到动作信号。

4.6 烟雾参数监测

电缆发热、机械故障摩擦等可能引发输送带火灾事故，可以用烟雾传感器烟雾传感器对现场烟雾进行监测。选用GQQ5 烟雾传感器，设置在滚筒下风向10～15 m 处。根据现场情况，设置当带式输送机所处区域烟雾浓度≥0.1 mg/m3时，烟雾进入烟雾传感器烟室后，红色指示灯闪烁，同时控制三级管导通，输出低电平，烟雾故障指示灯亮，继电器闭合，同时扬声器发出语音报警。低平信号同步传输至PLC 装置，主机实现保护并闭锁，若要重新启动皮带，须在故障排除后，按下停止按钮解锁。

5 结 语

设计的在线监测系统应用于兆丰铝电氧化铝公司燃煤电厂输煤系统后，带式输送机现场操作更加便捷，有效运转率显著提升。系统自动生成的报表和现场点巡检、检修相一致。带式输送机出现异常状况前，在线监测系统发出的预警信息，操作人员可以及时采取应对措施，能够有效防止设备故障扩大化。应用在线监测系统后，检修作业量显著减少，设备检修时间普遍缩减20%，带式输送机运转率由原来的86%，提升至95%；输煤车间皮带巡检岗位从原来每班3 人，减为每班1 人，人员劳动强度也明显降低，经济效果显著。