一种带式输送机监控及寿命管理系统的制作方法

本发明涉及一种煤矿井下带式输送机监控系统，尤其是一种利用主控制器与多个输入输出控制器进行通讯，实现对带式输送机运行过程进行全面监控及寿命管理的系统。

背景技术：

随着煤矿规模的不断扩大和煤矿生产设备自动化程度的不断提高，胶带输送机也朝着大运量、高带速、长距离的趋势发展，其承担的运输任务越来越重大，其工作可靠性直接影响煤炭生产连续性、安全性和经济效益。

目前，国内多数矿井对带式输送机的管理仅限于对跑偏、撕裂、打滑、超温、烟雾、堆煤等常见故障的保护，无法实现对带式输送机工况信息的全面感知和电机、齿轮箱、滚筒、托辊各部件的寿命管理。现有煤矿使用较多的带式输送机监控系统，如德国贝克集团生产的KJ50型PROMOS监控系统、常州联力自动化科技有限公司生产的KHP157带式输送机保护装置等，还有现公开的技术，如“一种矿用隔爆兼本安型带式输送机保护装置”的发明专利和“一种矿用带式输送机智能监控装置”的实用新型专利，都存在的主要问题是：只能实现对带式输送机工作电流、环境温度、运行速度等工况信息的监测和跑偏、撕裂、堆煤、超温、烟雾等故障的保护，状态监测信息量少，无法满足对带式输送机电机、齿轮箱、滚筒、托辊各部件寿命管理的需求，且只能在故障发生后发出故障和维修警报，属于事后维修，不能实现电机、齿轮箱、滚筒、托辊各部件的状态维修。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种带式输送机监控及寿命管理系统，在对带式输送机全面监测监控的同时，实现对带式输送机的电机、齿轮箱、滚筒、托辊各部件的寿命管理，以确保煤矿运输系统运行的安全性和连续性。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下。

一种带式输送机监控及寿命管理系统，包括主控制器和多个输入输出控制器；其特征在于：

所述主控制器是位于带式输送机机头，通过CAN总线与位于带式输送机沿线各个节点设置的检测传感器连接的所述多个输入输出控制器进行通信，输入输出控制器对带式输送机的跑偏、超温、烟雾、堆煤、撕裂、打滑的故障信号以及电机、齿轮箱和滚筒的温度信号、胶带运行速度信号、电机电流信号、电机和齿轮箱的振动信号、沿线托辊速度信息及沿线环境温度信息进行采集，主控制器通过基于VB的人机界面对采集到的信息进行分析、计算和处理，实现对带式输送机在运行过程中的全面监控以及电机、齿轮箱、滚筒、托辊部件的寿命管理。

在上述技术方案中，所述检测传感器包括温度传感器、烟雾传感器、跑偏传感器、堆煤传感器、撕裂传感器、速度传感器、电流传感器、振动传感器和张力传感器。

在上述技术方案中，所述温度传感器安装在驱动滚筒支撑轴、电机和齿轮箱的壳体；所述烟雾传感器安装在带式输送机驱动滚筒上方5米内的下风口处，安装高度尽量靠近位于胶带上的物料；所述跑偏传感器安装在带式输送机头部、中部、尾部的胶带两侧；所述堆煤传感器安装在溜煤眼和胶带搭接处；所述撕裂传感器安装在带式输送机运行方向的卸料口；所述速度传感器安装在承载托辊下方与下胶带上方，均为滚动摩擦式接触；所述电流传感器安装在电机电源母线架上；所述振动传感器安装在电机与齿轮箱的壳体，垂直与水平各安装一个；所述张力传感器固定安装在输送机和张紧小车的钢丝绳的一端。

在上述技术方案中，所述寿命管理是所述主控制器通过读取已存储的电机振动、齿轮箱振动、滚筒温度及托辊速度的历史数据，提取历史数据的特征值，即最大值、最小值、绝对平均值、峰峰值、均方根、平均值、标准差、峭度、方差，将提取到的特征值与各部件全寿命周期样本数据做相似度分析，找到样本数据中相似度最大的数据片段在样本数据中的位置，即为此时带式输送机电机、齿轮箱、滚筒、托辊各个部件所处寿命状态。

进一步地，所述寿命状态是五级：一级为工况良好，不需要维修；二级为工况正常，建议定期进行巡检；三级为出现疲劳损耗，磨损较大，建议定期进行关键部位巡检；四级为较严重疲劳损耗，会出现故障，建议停止带式输送机运行，进行关键部位维修；五级为严重疲劳损耗，即将发生故障，建议立即停止带式输送机运行，进行维修和更换。

实现上述本发明所提供的一种带式输送机监控及寿命管理系统，与现有技术相比，本发明不仅实现了带式输送机的全面监控，而且能对带式输送机的电机、齿轮箱、滚筒、托辊各部件寿命进行良好的管理，实现各部件的状态维修。具体来说，本发明具有如下的特点。

本发明通过设置于整个带式输送机沿线的多个输入输出控制器，实现了带式输送机工况信息的全面感知。

本发明主控制器对采集到的信息进行分析、计算、处理和显示，实现了带式输送机的全面监控和电机、齿轮箱、滚筒、托辊各部件的寿命管理。

本发明解决了现有监控系统无法实现电机、齿轮箱、滚筒、托辊各部件寿命管理的问题，能够实时监测带式输送机的运行状态，及时发现带式输送机运行中的故障，输出相应的保护控制信号，并能根据监测的信息进行电机、齿轮箱、滚筒、托辊各部件的寿命管理，实现各部件的状态维修，提高了带式输送机运行的安全性、稳定性和连续性。

附图说明

图1是本发明的框架结构示意图。

图2是本发明的寿命管理流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明的目的和优点，下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步的说明。

如附图1所示，实施本发明上述所提供的一种带式输送机监控及寿命管理系统，是在现有技术的基础上，针对煤矿井下的带式输送机，实现自动化开采所设计的监控及寿命管理系统，该带式输送机监控及寿命管理系统主要包括主控制器和多个输入输出控制器，该主控制器是通过所述多个输入输出控制器实现对带式输送机的全面监控及电机、齿轮箱、滚筒、托辊各部件的寿命管理。

在上述具体实施方案中，所述主控制器是通过CAN总线与所述多个输入输出控制器进行通信，设于带式输送机机头，通过基于VB的人机界面对采集到的信息进行接收、存储、显示及智能处理，将状态监控及各部件寿命管理信息在液晶显示屏上进行显示。系统人机界面包括5个选项窗口，分别为主控窗口、寿命管理、接线图表、故障记录和参数设置，主控窗口中包括了系统运行状态、传感器数据采集、电机运行状态、故障位置、通信错误位置显示等功能，寿命管理窗口中主要显示了电机、齿轮箱、滚筒、托辊各部件的剩余寿命预测结果及相应的维修建议，接线图表窗口中显示了输入输出控制器输入输出口连接情况，输入接口连接跑偏、撕裂、温度、烟雾、堆煤、速度、电流、张力和振动传感器，输出接口连接电机和洒水电磁装置远程开关，故障记录窗口中记录了故障发生的时间、故障类型及故障发生的位置，参数设置窗口中包括了滚筒温度超温报警设定值、皮带张紧力设定值和皮带带速设定值。

在上述具体实施方案中，多个输入输出控制器是通过CAN总线互相通信，设于带式输送机沿线各个节点上，每隔300米设置一个，是由微控制器单元、CAN通信单元、数据采集单元和继电器输出单元集成；输入输出控制器微控制器单元选用ST公司的STM32F107VCT6，通过数据采集单元采集带式输送机的跑偏、撕裂、高温、烟雾、堆煤、超速、打滑等故障信号、电机温度信号、齿轮箱温度信号、滚筒温度信号、胶带运行速度信号、电机电流信号、电机和齿轮箱的振动信号、沿线托辊速度信息及沿线环境温度信息，通过继电器控制电机和洒水电磁装置的启停，并通过CAN总线将上述信号传输到主控制器进行处理。

在上述具体实施方案中，检测传感器是包括温度传感器、烟雾传感器、跑偏传感器、堆煤传感器、撕裂传感器、速度传感器、电流传感器、振动传感器和张力传感器。温度传感器采用KGW200H，安装在驱动滚筒支撑轴、电机和齿轮箱的壳体；烟雾传感器采用GQL0.1，安装在带式输送机驱动滚筒上方5米内的下风口处，安装高度尽量靠近位于胶带上的物料；跑偏传感器采用GEJ30，包括两级跑偏，一级跑偏时，系统报警提示，二级跑偏时，系统报警停机，安装在带式输送机头部、中部、尾部的胶带两侧；堆煤传感器采用GUJ30，安装在溜煤眼和胶带搭接处；撕裂传感器采用GVD1200，安装在带式输送机运行方向的卸料口；速度传感器采用GSC-200/1000，安装在承载托辊下方与下胶带上方，均为滚动摩擦式接触；电流传感器采用WB1414S43，安装在电机电源母线架上，用于检测电机定子电流；振动传感器采用LC0159-1000，安装在电机与齿轮箱的壳体，垂直与水平各安装一个；张力传感器采用GAD100，固定安装在输送机和张紧小车的钢丝绳的一端，用于检测胶带张力，防止胶带张力过小，胶带打滑，张力过大，胶带断裂。

在上述具体实施方案中，电源是矿用隔爆兼本质安全型电源，输出1组DC 5V、1组DC 12V、1组DC 18V，DC 5V和DC 12V用于给控制器供电， DC 18V用于给输入输出控制器供电。

如附图2所示，在上述具体实施方案中，所述寿命管理是所述主控制器通过读取已存储的电机振动、齿轮箱振动、滚筒温度及托辊速度的历史数据，提取历史数据的特征值，即最大值、最小值、绝对平均值、峰峰值、均方根、平均值、标准差、峭度、方差，将提取到的特征值与各部件全寿命周期样本数据做相似度分析，找到样本数据中相似度最大的数据片段在样本数据中的位置，即为此时带式输送机电机、齿轮箱、滚筒、托辊各个部件所处寿命状态。

在上述具体实施方案中，寿命状态共分为5级：1）工况良好，不需要维修；2）工况正常，建议定期进行巡检；3）出现疲劳损耗，磨损较大，建议定期进行关键部位巡检；4）出现较严重疲劳损耗，可能出现故障，建议停止带式输送机运行，进行关键部位维修；5）出现很严重疲劳损耗，即将发生故障，建议立即停止带式输送机运行，进行维修和更换。

在上述具体实施方案中，实现一种带式输送机监控及寿命管理系统的具体工作方案包括以下步骤。

1）上电后，系统首先初始化，并准备人机界面显示等工作，然后对传感器状态进行自检。

2）得到允许启动信号后，输入输出控制器开始采集各传感器输出的监测数据，对数据进行转换、滤波处理，把监测数据信息和位置信息打包经过CAN总线传输给主控制器，主控制器对数据进行实时存储，并进行分析判断，然后根据判断结果确定是否控制驱动单元动作。

3）点击寿命管理按钮，系统对电机、齿轮箱、滚筒、托辊各部件进行寿命管理，将寿命预测结果在人机界面“寿命管理”窗口进行显示，并给出了各部件的维修建议，维修人员根据当前各部件的寿命状态进行维护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不是对本发明的限定，在本说明书中涉及到其它技术内容以及技术术语应当按照本领域的公知常识和惯用的技术手段理解和实施，也可通过合理的分析推理设置实施。