带式输送机故障监控系统的设计与实现.pdf

第 3 l卷第 0 5 期 2 0 1 0年0 5月 煤 矿 机 械 Co a l Mi n e Ma c h i ne r y V0 1 ． 3 l No ．O 5 Ma y ．2 01 0 带式输送机故障监控 系统的设计与实现 牟 学 鹏 。邵军 ，衡 军 山 承 德 石 油高 等 专 科 学校 ，河 北 承 德 0 6 7 0 o 0 摘 要 介绍了带式输送机故障监控 系统关键技术的设计与实现方法。利用该 系统在地面调 度室实现 了对矿 井下带式输送机的实时监控 ， 控制带式输送机的运转， 记录各类故障发生的时间． 统计设备 运转 率与 完好 率 关键 词 带式输 送机 故 障 实时监控 ’ 中圈分类号 T D 5 2 8 ； T P 3 0 6 文献标志码 A文章编 号 1 0 0 30 7 9 4 2 0 1 0 0 50 2 4 60 3 De s i g n a n d I mp l e me n t a t i o n o f Be l t Co n v e y e r Fa u l t M o n i t o r i n g S y s t e m MU Xu e p e n g ， S HAO J u n ， HE NG J u n - s h a n C h e n g d e P e t r o l e u m C o l l e g e ， C h e n g d e 0 6 7 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e d e s i g n a n d i mp l e me n t a t i o n o f b e l t c o n v e y e r f a u l t mo n i t o rin g s y s t e m h a v e b e e n i n t r o d u c e d ．Th i s s y s t e m c a n b e a v a i l a b l e f o r r e a l mo n i t o r a n d c o n t r o l t h e c o n v e y e r o n g r o u n d ．I f a n e r r o r a p p e a r s ， t h e s y s t e m wi l l a l a r m i mme d i a t e l y a n d k e e p r e c o r d s o f t h e t i me ． An d c a l c u l a t e o p e r a t i n g t i me r a t i o a n d pe r f e c t n e s s r a t i o ． Ke y wo r d s b e l t c o n v e y e r ；f a u l t ； r e a l - t i me mo n i t o r i n g 0 前言 种 利用计算机串行通信技术设计实现的带式输送 煤矿矿井下利用多台带式输送机协同工作 ． 从 机故障监控系统 ． 实现了地面调度室对井下带式输 矿井最底层将煤炭运到地面。通常带式输送机常见 送机运行情况的实时监控． 对 出现的各类故障进行 的故障可归 纳为堆煤 、 打滑 、 跑偏 、 纵撕 、 断带 、 急 记录 、 统计 、 计算 ， 形成完好率 、 运转率的准确信息。 停、 烟雾 、 温度 、 张力达到上 限， 张力达到下 限等 l O 为决策者提供参考信息。 频率 a -- 4 7 H z 的循环谱密度切片中， 4 8 H z 滚珠 故障特征频率 处出现了对应的峰值 ， 说明此轴 承还有较轻的滚珠故障 3 在 a 2 2 H z ， 3 9 H z ， 5 8 Hz ， 6 9 H z ， 1 0 8 H z ， 1 2 5 H z的 切 片 中 ， 厂 域 均 没 有 出 现 与 频 率 相 对 应 的峰 值 ， 只 在 8 6 H z ㈥ 或 4 8 H z 处有能量较低的峰值， 故可以排除发生其他故 障的可能性。 上述诊断结果与实验设置的故障情况相符 内 } I z xl O a 5 8 fl a z x l 0 a 8 6 J mz x l 0 o t1 0 8 j | j | L h 圈 2 故 障信号的循环谱密度切片集合分析 3结语 本文分析 了循环 自相关函数和循环谱密度函数 的特点 。 为兼顾故障特征提取的准确度和计算量． 采 用峰值频率处的切片集合分析法．即先做时延为 O 的循环 自相关切 片 图 ．然后取循 环 自相关切 片图上 的各个峰值频率 含故障特征频率非故障特征频率 作为循环频率， 分别做循环谱密度切片图． 通过分析 图中 厂 域的峰值规律 ， 可排除非故障频率干扰 。 发现 微弱故障 ， 快速有效地实现轴承的早期故障诊断。 参考文献 [ 1 】 J ． An t o n i ． C y c l i c s c t r a l a n a l y s i s o f r o l l i n g - e l e me n t b e a r i n g s i g - n als F a c t s a n d f i c t i o n s [ J ] ．J o u r n a l o f S o u n d a n d v i b r a t i o n ， 2 0 0 7 ， 3 0 4 4 9 7 5 2 9 ． [ 2 ] G． G l o s s i o t i s ． C y c l o s t a t i o n a r y A n aly s i s o f R o l l i n g - e l e me n t [ J ] ． J anr - n a l o f S o u n d a n d v i b r a t i o n ， 2 0 0 1 ，2 4 8 5 8 2 9 - 8 4 5 ． [ 3 ] 贾 民乎， 杨建文． 滚动轴承振动的周期平稳性分析及放摩诊断[ J ] ． 工程机械学报． 2 0 0 7 ,4 3 1 1 4 6 1 4 7 ． [ 4 ] A ma n i R a a d ， J e r o m e An t o n i ． I n d i c a t o r s o f c y c l o s t a t i o n a r it y T h e o r y a n d a p p l i c a t i o n t o g e a r f a u l t m o n i t o r i n g [ J ] ． L a b o r a t o i r R o b e r v al， 2 0 0 6 ． 2 0 5 2 9 2 4 2 7 ． [ 5] 丁康 ， 孔正 国， 李巍华． 振动调 频信号的循环平稳解 调原理与实 现方法 [ J ] ． 振动 与冲击 ， 2 0 0 6 ， 2 5 1 6 1 0 ． [ 6 ] 周福 昌， 陈进 ， 何俊 ， 等． 循环平稳信号处理在机械设 备故障诊 断 中的应用综述[ J ] ． 振动与冲击2 0 0 6 , 2 5 5 1 4 8 1 5 2 ． [ 7 1 毕果 ． 陈进 ， 李富才， 等． 谱相关密度分析在轴 承点蚀故障诊断 中 的研究[ J ] ． 振动工程学报， 2 0 0 6 ， 1 9 3 3 8 7 3 9 3 ． 作者简介 李敏 1 9 6 8 一 ， 山西霍州人 。 博士研究生。 研究方向为 机电系统动态测试与故障诊断， 电子信箱 y a n g j i e m i n lt y u t e d u ．e I L 一 2 46一 责任编辑 于淑清收稿 日期 2 0 0 9 1 1 2 6 第 3 1 卷第 0 5 期 带式输送机故障监控系统的设计与实现牟学鹏． 等 V o 1 ． 3 1 N o ． 0 5 1 带 式输 送机 故障 监控 系统 工作原 理 带式输送机故障监控系统是利用计算机串行通 信技术实现的一种工业集散控制系统 ． 由上位机和 下位 机两 部分 构成 主要 工作 原理 是矿 井下 的下 位 机通过张力 传感器 、 温度传感器 、 煤位传感器等各 种传感器实时采集带式输送机的运行状态信息 ． 通 过光纤将状 态信号传输 到地 面调度室 的上位 机系 统 ． 上位机分析接收到 的信息 ， 根据信息状态以动 画 的形 式 实 时显示 井 下 的带 式 输送 机 的 运转 情 况 ． 对出现的故障实时报警 ． 并根据故障类型下达处理 决策 ． 避免故 障的影响进一步扩大 ． 同时将各类故 障发生的位置 、 时间 、 日期 、 持续时间等信息记录到 数据库 ． 上位机根据数据库中的各类故 障的信息进 行统计计算 ． 形成精确的故障统计报表 ， 直观反 映 特定时间内井下设备 的故 障发生率 、 运转率 、 完好 率等信息 。 2带式 输送 机故 障监 控 系统关 键技 术 2． 1 顺畅 、 稳定 通信 方式 的设 计 带式输送机故障监 控系统利用一台上位机与 多台下位机协调工作方式实现对井下多 台带式输 送机 的实 时监控 ． 是 一 种 一对 多 的 工作 模 式 。 如果 下位机 随意上传现场信号很可能发生信号 冲突 的 现象 ． 导致上位机与下位机通信不稳定 。为防止通 信冲突 ， 需 要设计一种 良好的通信方式 ， 以保证上 位机与多 台下位机的通信有序顺畅 ． 安全可靠 。带 式输送机故障监控系统采用上位机循环点名 的方式 收集下位机信号 ． 上位机循环发送包括下位机序号 、 启停命令 、 校验和等信息在 内的一种“ 点名” 数据到 下位机．只有被点到 自己序号的下位机才上传采集 到的当前信号 。 这种“ 点名上传 ” 的通信方式有效避 免了串行通信的冲突 ． 使上下通信能有序进行。 2 ． 2通信 协议 的设 计 串行通信 中合理的通信协议 的设计是 实现通 信 的根 本保 障 ． 上 位 机循 环 下 发 的点 名数 据 主 要包 括两个信 息 一个是本条信息 的发送 目的地 ， 即下 位机序号 另一个是下发给带式输送机的启动或停 止命令。根据实际工程经验 ． 串行通信 中传递数据 以十六进制“ a a ” 作为第 1 个字节 的数据 ． 会提高串 行通信的稳定性 ， 降低误码率 。所以设计下传的点 名数据为 4个字节 ． 具体协议设计如表 l 表 1下传数据协议格式 0 x a a l 下 位 机 序 号 l 启 停 命 令 l 校 验 和 下位机上传的数据 主要包括下位机序号 、 l 0种 故障信息 、 启动 、 停止等运行状态 ， 所 以上传数据设 计为 6个字节 ． 具体协议设计如表 l 表 2上传数据协议格式 O x a a 下位机序号 故障信息故障信息运行状 态 校验和 上传数 据 中 l 0种 故障信 息需要 2个字节 表 示 ， 第 3 、 第 4个字节记录的故障信息 ． 具体协议设 计 如表 2 。 表 3故障信息数据协议 位 0 位 1 位 2 位 3 位 4 位 5 位 6 位 7 温度 烟雾 煤位 急停 打滑 跑偏 纵 裂 断带 上 限0 0 0 0 0 0 下 限 第 5个 字 节记 录带式 输 送 机 的启 停 运 转情 况 具体 协 议如表 4 。 表 4控制信息数据协议 位 0 位 1 位 2 位 3 位 4 位 5 位 6 位 7 1 启动 2停止0 0 有煤0 0 联锁 2 ． 3故 障信 息的统 计方 法 使 用 V B语 言 借 助 微 软 的 串 行 通 信 控 件 MS C o mm获取下位机的上传数据 ， 统计断带 、 纵裂 、 跑偏 、 打 滑 4种 故 障核心 代码 如下 D i m b u f f e r 0 0 A s B y t e Di m i f w r o n g ％ ， w r o n g S Ⅱ MSCo mm1 ． Co mmEv e n t 2 Th e n b u ff e r 0 0MS C o m m 1 ． I n p u t I f b u f f e r 0 5 b u f f e r 0 0 b u ff e r 0 1 b u ff e r O 4 T h e n ‘ 校验 和 I f b u f f e r 0 2 A n d 1 2 8 T h e n w r o n g w r o n g” 断带 ” ”” i f wr o ng 1 H b u ff e r O 2 A n d 6 4 T h e n w r o n gw r o n g” 纵裂 ” ”” i f wr o ng 1 If b u f f e r 0 2 A n d 3 2 1 1 1 e n w r o n gw r o n g” 跑偏 ” ”” i f wr o ng 1 I f b u f f e r 0 2 A n d 1 6 rr h e n w r o n gw r o n g” 打滑” ” ” i f wr o n g l En d i f En d i f 以上代码将上传数据进行分解 ．获取故 障信 息 ， 如果标志 i f w r o n g的值 为 l ， 表示发生 了某种故 障 ， 上位机动画报警 ， 并显示故障位置与类型。 同时 将故障发生时间 、故障类型等信息写入数据库 。 以 供统 计查 询 。 2 ． 4带 式输送 机运 转 率与 完好 率的统计 与计 算 运转率与完好率是衡量生产情况 和设备运转 情况的重要标志 ． 具体计算公式为 带式输送机的运转率 运转时间／ f 运转时间 停 止时间1 带式输送机的完好率 运转时间 停止时间一 故 V o 1 ． 3 1 N o ． 0 5 带式输送机故障监控系统的设计与实现牟学鹏 ， 等 第 3 1 卷第 o 5 期 障时间， 运转时间 停止时间 计算运转率与完好率的关键是 准确统计带式 输送机运转时间 、 停止时间 、 故 障持续时间等 3个 信息。具体方法是 首先在数据库 中设计一个时间 表 ． 表中包括设备序号 、 日期 、 运行时间、 停止时间 、 故障持续时间等 5个字段 ． 其中设备序号与 日期字 段作为主关键字。以监控井下 1 O台带式输送机为 例 ． 由于上 位机 以 2 0 0 ms 为时 间问 隔循 环发 送点 名 信息 ．因此 1 O台下位机将循环上传带式输送机的 工作状态信息。根据上传数据的第 5个字节可以获 取设备的启动、 停止状态。1 0台下位机以 2 0 0 ms 为 时间间隔循环一圈的时间为 2 S ． 所以根据数据反映 的启 、 停状态在相应编号的记录上累加 2 s 。累加代 码如下 。 其中 z d h a o为设备序号 ． d a t e 0为 l O行 3列 的二维数组 ． 每行表示 1台带式输送机 ． 3列分别为 启动、 停止 、 故障 3个时间 I f b u ff e r O 4 1 A n d 1 1 T h e n ’ 启动状态 Mo d u l e 1 ． d a t e 0 z d h a o ，1 M o d u l e 1 ． d a t e 0 z d h a o ， 1 2 En d I f If O , u f f , o 4 A n d 2 、 The n 停止状态 M o d u l e 1 ． d a t e 0 z d h a o ， 2 Mo d u l e 1 ． d a t e O z d h a o ， 2 1 2 E n dⅡ I f i f wr o n g I Th e n Mo d u l e 1 ． d a t e 0 z d h a o ， 3 M o d u l e 1 ． d a t e 0 z d h a o ， 3 2 En d Ⅱ 以上代码分别计算出带式输送机的启动、 停止 与故障时间 ． 再按特定的时间间隔将计算出的 3种 时间累加到数据库中特定 日期的数据行 ． 这样最终 将在数据库 中记录出各个带式输送机每天的 3种 状态 的时 间。 2 ． 5传输信 号衰减 造成 的通 信 不稳 定 问题 通信过程中。由于光纤等通信总线长度较长 ． ／ J n 井下又有其他信号干扰， 容易出现传输信号衰 减 。 上位机下传的命令丢失等现象 ， 信号衰减后不 只会出现通信完全失败的现象 ． 有时会出现只有某 种状态不能通信成功的情况 ，比如上位机的启动 、 停止等命令都可以发送成功 ，下位机上传的启 、 停 状态也可以成功传到上位机 ． 但下位机上传的各种 故障信息都会丢失。从硬件的角度解决这样的问题 可以尽量排除外界信号干扰 ． 在总线合适的位置上 加中继器 ； 也可通过软件的手段 ． 适当增加每次命 令发送 的次数来保证通信的稳定可靠。 3 带式输送机运转 率与完好率统计的最大误差分析 运转率与完好率的计算误差会出现在 2个方 面 1 统计时出现的误差 对于监控 1 0台下位机 的情况 ， 每台下位机以 2 S 为时间间隔上传状态． 最 坏的情况是下位机上传某种状态后 ． 带式输送机随 即改变了运行状态 ． 这将出现前种状态时间多统计 2 S ， 后种状态时间少统计 2 S的情况． 但这种情况出 现的几率较小 ． 即使一天内出现 1 0 0次启动与停止 状态的切换 ．每次都出现 2 S的误差 ．一天可出现 2 0 0 S的统计误差 ．这样计算 出的运转率误差 为 0 ． 2 9 ％． 完好率的计算由于分子为运转时间 停止时 间一 故障时间 ， 误差将更小 ； 2 写入数据库时出现 的误差 由于 3种 统计 时间 以 5 m i n为 时间 间隔写 入数据库 ， 该误差出现在每天 2 4点前后 ． 最坏的情 况是恰好新一天的零点零一秒将统计的最近 5 mi n 内的时间写入数据库 ． 由于获取当前的时间为新的 日期 ， 将在数据库 中添加新的字段 ． 这样前一天将 少统计 5 ra i n的状态时间。 出现 3 0 0 S 的误差 。 这样 计算 的带式输 送机 运转率 的误差 为 0 ． 4 4 ％ 参考 文 献 [ 1 ] 陈珏． 大型带式输送机 动态分析用输送带参数 的测定[ J ] ． 煤矿 机械， 2 0 0 8 ， 2 9 1 1 3 - 6 ． [ 2 ] R e b e c c a M． R i o r d a n ． A D O．n e t 程序设计 [ M] ． 北京 清华大学出版 社． 2 0 0 3 ． [ 3 ] 奥利佛． V i s u a l B a s i c ． N E T企业应用程序设计 [ M】 ． 北京 清华大 学出版社 ． 2 0 0 3 ． 作者简介 牟学鹏 1 9 7 9 一 ， 辽宁营1 3 人 ， 承德石油高等专科学 校计算机系 ．讲 师． 2 0 0 3年毕业于沈阳化工学 院计算机科学与技术 专业 ，现从事软件专业 的教学工作 以及工控软件设计与开发工作 ， 电子信箱 mu x u e p e n g s o h u ．t o n i ． 责任编辑 于淑清收稿 日期 2 0 0 9 1 1 2 4 离心式逆止托辊诞生 兖州矿业 集团 公司大陆机 械有 限公司利用离心力的原理 ， 采用悬臂 吊挂逆止机构 ． 研制出结构简单 的煤矿用带式输送 机离心式逆止托辊 ， 经 山西 、 陕西和河南等省十几家煤矿使用表明， 其逆止效果稳定可靠。 其工作原理是 将新设计的轻型逆止机构焊接到辊皮上 ； 由于此逆止机构很轻 ， 当托辊 正转 时。 在离心力作用下便会贴在 辊 皮上 ， 不会与焊在轴上的挡块碰撞避免 了运行 中发 出噪声 ； 当托辊反转时 ， 逆止机构在重力作用下 回落并与挡块相碰撞 。 起 到了逆止作用 。此外． 由于托辊逆止机构随着辊皮一起旋转 而不会受到输送机上运倾 角限制 ． 很好解决 了目前仍然大批在用 的 逆止托辊 当上运倾角超过 3 2 o 便失去逆止作用的问题。为了保证托辊正常运转时逆止机构不会 与挡块相碰撞 ． 还必须使逆止机 构存在一定离心力使之飘离挡块 。通过受力分析发现 ， 当托辊转速与直径已确定后 ． 逆止 机构的卡板重心距离逆止轴则是越远 越好。为此 ， 将卡板做成上宽下窄的形状 ， 使其重心尽量上移 ， 以保证离心力达到一定数值 。 李盈 I 蜂 1 ． ． ． 2 4 8．．．