皮带运输机在线故障诊断系统的设计与实现

唐文杰

（晋能控股煤业集团翼城山凹煤业有限公司， 山西 临汾 043500）

引言

皮带运输机是一种重要的物料运输设备，具有运量大、经济性好的优点，其运行时的稳定性和经济性直接决定了物料运输的安全性。由于运输机的工作环境较为特殊，工作强度大，因此在使用过程中的故障种类多，每种故障发生时的位置、现象均存在较大的差异性。目前主要采用人工巡检的模式对皮带机运行时的故障进行检查，但由于运输机的设备较长，人工巡检效率低、安全性差，而且难以发现运输机运行时的隐含故障，给煤矿上的物料运输带来了严重的安全隐患。

结合智能监测与分析技术的发展，为了进一步提升运输机系统的运行安全性，本文提出了一种新的皮带运输机在线故障诊断系统。通过统计运输机常见故障，并对故障现象进行分析，确定了各类故障的特征及判断方法，通过在运输机上设置不同类型的传感器，对运输机运行时的各类数据进行监测，通过多数据信息综合分析技术实现对运输机各类运行故障的综合监测、分析和故障预警，根据实际应用表明，该系统能够实现对运输机运行故障的快速判别和预警，故障识别率高达98.9%，

1 运输机故障诊断系统结构

皮带运输机在运行时主要是依靠驱动滚筒和输送带之间的摩擦力来维持正常运转的，为了保证输送带和驱动滚筒之间的摩擦力，在黏弹性的输送带内始终维持着较大的张紧力，由于长期受到落料冲击或者张紧力不平衡等因素的影响，运输机在运行的过程中极易出现跑偏、输送带撕裂、打滑、电机故障等，严重影响了运输机系统的正常运行。

通过对运输机以上运行故障的分析，当出现跑偏时会导致输送带内张紧力变化、输送带位置变化，当出现打滑后会导致输送带磨损加剧，在短时间内的温度上升，撕裂时会使输送带的外观及磁场发生变化，当驱动电机故障后会导致电机的电流和电压出现异常，因此通过对运输机运行关键参数的监测，即可对输送机的运行状态进行准确判断[1]。

结合皮带运输机运行状态监测需求，本文提出了一种新的皮带运输机在线故障诊断系统，其整体结构如图1 所示。

图1 运输机故障诊断系统结构示意图

由图1 可知，该运输机故障诊断系统主要包括了两个部分，第一部分为控制模块，主要是PLC 控制中心，配电组合模块、各类通信模块等。第二部分主要是沿线设备模块，包括不同位置的下位机模块、急停模块、采集终端等。

控制模块主要用于实现人机交互，将运输机的运行状态显示在监控终端上，组合控制模块，主要用于对运输机上的驱动电机、制动装置、张紧装置、漏电保护装置等进行控制，保证运输机系统在运行过程中的稳定性。沿线设备模块主要用于对运输机的运行状态进行智能监测，保证各类数据信息传递的有效性。多功能语音模块主要用于进行语音通信，各类急停开关则用于在紧急状态下进行紧急人工制动，保证运输机系统的运行安全性。

2 监控软件布置及数据融合方案

为了满足对运输机运行状态监测准确性的需求，在对监测系统监测数据和输送机运行状态进行分析的基础上，对各类传感器的布置结构进行了优化，在输送及托辊的两侧布置了跑偏传感器，用于对输送带的偏位情况进行监控，在输送带机架的下侧输送带回程段设置输送带纵撕传感器[2]，对输送带是否撕裂进行判断，在输送带和滚筒结合位置设置了温度和烟雾传感器，对是否出现打滑等进行监控，在落煤点处设置堆煤传感器，避免出现堆煤和落煤情况，各个监测传感器的布置位置如图2 所示[3]。

图2 传感器布置结构示意图

由于该监控及报警系统需要对运输机运行时的各类信息进行监测，在单位时间内获取的数据信息量的传统数据分析方案是对一个信息进行分析，根据单位时间内的数据分析结果来判断输送带的运行状态，因此判断结果极易受到输送带波动的影响，产生误报情况。

本文提出了一种基于多数据信息综合分析的数据分析体系[4]，能够对各关联数据进行分析，通过数据的推理和定位获取故障特征，并在故障特征库内对故障类别进行匹配，最终获取故障类别并获取故障的解决方案。在进行多数据综合分析时，采用了并行和散装的数据相结合方式，根据不同的判断方案对数据分析方式进行灵活选择。并行数据分析方案主要用于对多个传感器的事故进行综合分析；散装数据分析方式则主要是对单个传感器的事故进行判断，对数据进行融合后对故障的关键特征进行提取、清洗，并由转矩系统进行最终的诊断结果判断，该多数据信息综合分析流程如图3 所示[5]。

3 软件控制流程

在该自动监测系统进行工作时，系统首先对各模块进行初始化处理，然后对监测体系内的各设备情况进行地质的智能分配，并对各设备的工作状态进行检查，若设备或者系统异常则停止启动并发出报警信号，直到故障排除后才能重新启动。若无故障，则系统进行自动启动，对驱动电机发出启动信号，驱动电机启动、张紧装置工作，使输送机开始运行，在运行过程中对运输机的运行状态进行监控，当出现故障时系统自动进行故障定位和报警，避免运输机的带伤运行，产生更大的事故，该皮带运输机在线故障诊断及报警控制流程如图4 所示。

目前该运输机故障诊断及报警系统已经在多个输送机上投入了使用，在使用过程中表现出了极高的准确性，根据监测，在278 次故障预警中，误报警或者报警错误的次数为3 次，整体报警准确率达到了98.9%，显著提升了运输机系统的运行稳定性和可靠性。

4 结论

1）运输机故障诊断系统主要包括控制模块和沿线设备模块，能够对运输机运行中的各种关键信息进行数据监测和分析；

2）基于多数据信息综合分析的数据分析体系，能够对多数据进行综合判断分析，解决了传统单数据分析可靠性低、精确性差的问题；

3）该系统能够实现对运输机运行故障的快速判别和预警，故障识别率高达98.9%，对提升运输机系统的运行稳定性和可靠性具有十分重要的意义。