崔 軍

（山西潞安郭莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046100）

山西潞安郭莊煤礦帶式輸送機(jī)工作環(huán)境較為惡劣，在輸送量大、輸送距離遠(yuǎn)、輸送重量不均勻的情況下，容易出現(xiàn)皮帶跑偏、皮帶打滑、皮帶斷裂等故障。郭莊煤礦采用的監(jiān)控系統(tǒng)，主要是通過(guò)帶式輸送機(jī)上安裝各類傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)設(shè)定的閾值進(jìn)行對(duì)比，出現(xiàn)超過(guò)閾值的情況即報(bào)警，根據(jù)報(bào)警參數(shù)，人工進(jìn)行故障診斷與排查。該監(jiān)控系統(tǒng)效率低，過(guò)度依賴傳感器以及閾值，容易出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)情況。本文以DTL100/80/2X200型帶式輸送機(jī)為研究對(duì)象，進(jìn)行故障監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少傳感器數(shù)量，提升監(jiān)控系統(tǒng)精準(zhǔn)度，提升帶式輸送機(jī)的運(yùn)行效率。

1 故障監(jiān)控系統(tǒng)原理

郭莊煤礦技術(shù)小組為了減少傳統(tǒng)傳感器的使用，達(dá)到故障預(yù)測(cè)與診斷的目標(biāo)，提升故障監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，需要使用一種能夠通過(guò)少數(shù)參數(shù)收集完成帶式輸送機(jī)故障信息預(yù)警與診斷的邏輯系統(tǒng)，即基于參數(shù)預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行DTL100/80/2X200型帶式輸送機(jī)監(jiān)控。該種方法具有參數(shù)非線性、特征數(shù)量映射能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可以通過(guò)預(yù)測(cè)帶式輸送機(jī)檢測(cè)參數(shù)，并將參數(shù)反饋給處理中心進(jìn)行判別，達(dá)到故障預(yù)測(cè)與控制的效果。具體實(shí)施步驟可以分為以下幾步：（1）將歷史故障數(shù)據(jù)庫(kù)中與當(dāng)前時(shí)間相對(duì)應(yīng)的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，組合成該故障信息的時(shí)間序列樣本，以多個(gè)故障時(shí)間序列樣本為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合建立時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)出某一故障在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)可能的數(shù)值；（2）按照常規(guī)訓(xùn)練方法對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練；（3）將第一步預(yù)測(cè)出的故障信息數(shù)據(jù)載入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障系統(tǒng)中，進(jìn)行故障信息的診斷。診斷出的信息除了包含故障參數(shù)外，還包含故障發(fā)生的時(shí)間參數(shù)。原理流程見圖1。

圖1 DTL100/80/2X200型帶式輸送機(jī)故障監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

2 故障監(jiān)控系統(tǒng)在郭莊煤礦的應(yīng)用

郭莊煤礦基于參數(shù)預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)可以分為三部分：監(jiān)控管理層、數(shù)據(jù)采集層以及現(xiàn)場(chǎng)層。

監(jiān)控管理分為兩部分：監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的控制操屏和監(jiān)控室內(nèi)的PC機(jī)。監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的控制操屏可以顯示系統(tǒng)的全部狀態(tài)參數(shù)，便于巡檢人員查看，同時(shí)還接收輸送指令，并控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備執(zhí)行指令。監(jiān)控室內(nèi)的PC機(jī)屬于遠(yuǎn)程監(jiān)控，處理數(shù)據(jù)能力強(qiáng)，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、故障確定以及故障診斷等，同時(shí)也可以通過(guò)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)指令的發(fā)送。

數(shù)據(jù)采集部分主要由PLC與各類型傳感器以及電子儀表組合而成。傳感器和電子儀表采集的帶式輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，首先傳輸給PLC，經(jīng)過(guò)程序轉(zhuǎn)化，PLC將現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成監(jiān)控管理設(shè)備識(shí)別的語(yǔ)言信號(hào)發(fā)送給監(jiān)控層，同時(shí)PLC還接收現(xiàn)場(chǎng)輸送指令，控制現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)備完成指令動(dòng)作。

現(xiàn)場(chǎng)層屬于監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行單元，監(jiān)控管理發(fā)出的指令，最終都要依靠現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備主要有帶式輸送機(jī)動(dòng)力電機(jī)、皮帶運(yùn)行開關(guān)、各類接觸器、狀態(tài)指示燈、報(bào)警警鈴等。

圖2 故障監(jiān)控系統(tǒng)界面

2019年06月11日， 郭 莊 煤 礦1#DTL100/80/2X200型帶式輸送機(jī)在將煤料運(yùn)輸?shù)竭x煤廠的過(guò)程中出現(xiàn)故障報(bào)警，監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)界面顯示如圖2。圖2（左）為故障發(fā)生前界面信息，在16時(shí)45分06秒時(shí)，系統(tǒng)預(yù)測(cè)到皮帶機(jī)即將出現(xiàn)跑偏故障，系統(tǒng)執(zhí)行緊急制動(dòng)程序。預(yù)測(cè)狀態(tài)是基于本系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)測(cè)方法得出的，設(shè)置預(yù)測(cè)時(shí)間為后5秒，在45分11秒時(shí)，監(jiān)測(cè)界面圖2（右）運(yùn)行狀態(tài)顯示為故障，類型為皮帶跑偏。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)輸送機(jī)滾筒故障點(diǎn)表面膠合板出現(xiàn)破損（見圖3），繼續(xù)運(yùn)行一定會(huì)出現(xiàn)皮帶跑偏打滑。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)故障信息的預(yù)測(cè)以及故障類型的分析。

圖3 滾筒故障點(diǎn)表面膠合板破損

3 故障監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)作流程

郭莊煤礦以往的帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)只能進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)閾值的簡(jiǎn)單對(duì)比，超過(guò)閾值則報(bào)警，具體故障診斷仍需要人工巡檢。技術(shù)小組設(shè)計(jì)的基于參數(shù)預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警，還可以替代工人進(jìn)行帶式輸送機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制。DTL100/80/2X200型帶式輸送機(jī)屬于多級(jí)式物料輸送機(jī)，其開機(jī)與停機(jī)都遵循“順流啟動(dòng)和順流制動(dòng)”方式，即開機(jī)時(shí)，首先啟動(dòng)料流端的一級(jí)皮帶，并依次啟動(dòng)下一級(jí)，若出現(xiàn)下一級(jí)皮帶無(wú)法啟動(dòng)的情況，則上級(jí)皮帶在與下級(jí)皮帶轉(zhuǎn)載物料前必須停機(jī)，制動(dòng)過(guò)程則相反。該方式可以有效降低輸送機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)長(zhǎng)，降低設(shè)備能耗。在輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)監(jiān)控在經(jīng)過(guò)參數(shù)預(yù)測(cè)和診斷后，確定為輸送機(jī)出現(xiàn)故障需停機(jī)，系統(tǒng)立即執(zhí)行緊急制動(dòng)聯(lián)動(dòng)。系統(tǒng)控制運(yùn)作流程見圖4。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)郭莊煤礦基于參數(shù)預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行原理、運(yùn)作流程以及運(yùn)行效果的分析，得出以下結(jié)論：

（1）基于參數(shù)預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)是一種可以能夠通過(guò)少數(shù)參數(shù)收集完成帶式輸送機(jī)故障信息預(yù)警與診斷的邏輯系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由監(jiān)控管理層、數(shù)據(jù)采集層以及現(xiàn)場(chǎng)層三部分組成，運(yùn)行穩(wěn)定，監(jiān)控精度高。

（2）相較于常規(guī)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)摒棄依靠傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值對(duì)比的監(jiān)控原理，通過(guò)中心處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)完成采集數(shù)據(jù)分析，并以多個(gè)故障時(shí)間序列樣本為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合建立時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)出某一故障在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)可能的數(shù)值，極大提升故障監(jiān)測(cè)效率，降低人工巡檢需求。

圖4 故障監(jiān)控系統(tǒng)控制運(yùn)作流程圖

（3）郭莊煤礦DTL100/80/2X200型帶式輸送機(jī)在故障出現(xiàn)前，監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)測(cè)報(bào)警，為系統(tǒng)執(zhí)行緊急制動(dòng)程序提供了足夠時(shí)間，能夠有效降低故障發(fā)生引起的各類損失。

（4）在該故障監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行下，郭莊煤礦已完成近50000t的煤炭運(yùn)輸工作。經(jīng)過(guò)一年多的實(shí)際驗(yàn)證，該故障監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控精準(zhǔn)度以及聯(lián)動(dòng)邏輯完全滿足煤礦需求，具有很大推廣意義。