CN105800278A - 一种带式输送机的故障诊断系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种带式输送机的故障诊断系统及方法，属于输送机故障诊断系统及方法。该系统包括电流传感器、油压传感器、四个转速传感器、PLC及上位机；电流传感器安装在带式输送机的驱动电机处；油压传感器安装在张紧装置液压缸处；第一转速传感器安装在带式输送机驱动电机处；第二转速传感器安装在带式输送机从动滚筒处；第三转速传感器安装在距机尾10米处皮带下方；第四转速传感器安装在距机头10米处皮带下方；PLC作为下位机接收传感器信号并将信号传输给上位机；上位机对信号进行实时处理从而实现带式输送机的状态监测及故障诊断。优点：该方法利用传感器冗余信息，通过构造输送机的解析模型进行状态观测及故障诊断，具有较高的推广及使用价值。

Description

一种带式输送机的故障诊断系统及方法

技术领域

本发明涉及一种输送机故障诊断系统及方法，特别是一种带式输送机的故障诊断系统及方法。

背景技术

目前，带式输送机由于具有结构简单、输送量大、适应性强等特点被广泛应用于煤矿井下及冶金、煤炭、交通、化工等部门。同时，在运行过程中，带式输送机极易出现跑偏、断带、打滑、堆料等故障，这些故障造成了巨大的经济损失及人员伤亡。

为了保障带式输送系统的安全稳定运行，根据煤矿安全规程的规定，带式输送系统必须安装有防滑保护装置、堆煤保护装置、张紧力下降保护装置和防撕裂保护装置等多种保护装置。但是，这些保护措施不能在早期发现处理故障，仍大多停留在发生故障后的动作保护，不仅容易有误动作，具有一定的潜在风险，而且后期维护成本较高。

发明内容

本发明的目的是要提供一种带式输送机的故障诊断系统及方法，解决现有的带式输送机的保护措施不能在早期发现处理故障的问题。

本发明的目的是这样实现的：该故障诊断系统包括：电流传感器、油压传感器、四个转速传感器、PLC及上位机；所述各传感器安装在带式输送系统关键节点位置；PLC作为下位机接收传感器信号并将信号传输给上位机；上位机对信号进行实时处理从而实现带式输送机的状态监测及故障诊断，当上位机判断出现故障时，向下位机发出信号进行停机处理。

所述电流传感器安装在带式输送机驱动电机处，用于测量电机实时电流值；所述油压传感器安装在皮带输送机张紧装置张紧油缸处，用于测量实时油压；所述的四个转速传感器：第一转速传感器安装在带式输送机驱动电机处，与电机轴相连，用于测量电机输出转速；第二转速传感器安装在带式输送机从动滚筒处，与从动滚筒主轴相连，用于测量从动滚筒转速；第三转速传感器安装在距机尾10米处皮带下方，用于测量该处皮带运行速度；第四转速传感器安装在距机头10米处皮带下方，用于测量该处皮带运行速度。

故障诊断方法，具体步骤如下：

a)根据实际带式输送机的状态与监测需求，针对性的建立观测模型；

b)根据PLC传输的传感器信息，以电机电流信号及皮带张力信号作为输入量，以各转速传感器信号作为观测量，利用非线性观测算法对带式输送机进行实时的状态观测；

c)进行状态监测与故障诊断：

(1)针对堆煤故障，将观测到的上游带式输送机状态m₁与下游带式输送机状态m_k进行求差处理，求出落煤量变化率M_l＝Δm/m₁，设定堆煤阈值M(％)，若落煤量变化率超过阈值，说明出现堆煤故障，PLC发出信号进行停机处理；

(2)针对断带故障，当单元阻力变化率超过设定断带阈值N(％)，PLC发出信号进行停机处理；

(3)针对皮带效能丧失或参数改变故障，当单元弹性系数变化率超过设定弹性阈值L(％)，PLC发出信号进行停机处理。

所述的步骤a)中，针对性的建立观测模型步骤为：

(1)针对堆煤故障，由于煤流进出变化质量相对于整体运送质量变化较小，为了实现煤流进出质量的监测，将带式输送机上运质量分为三个部分，提取单元1质量m₁，单元n质量m_n，中间单元总体质量为m_k，可得细分后中间每个单元质量分别作为状态量写入状态方程；

(2)针对断带故障，由于断带多由大块物料或铁器插入皮带导致，会引起单元异常阻力，因此提取关键单元阻力值作为状态量；

(3)针对皮带的效能丧失或者参数改变，将单元弹性系数作为状态量进行观测。

有益效果及优点：由于采用了上述方案，利用传感器冗余信息，以及转速传感器信息，剥离关键状态量进行状态观测与故障诊断，实时监测带式输送机的关键状态及参数，能够在早期发现故障，实现设备的健康管理，降低设备维护成本。解决了现有的带式输送机的保护措施不能在早期发现处理故障的问题，达到了本发明的目的。

附图说明

图1为本发明的带式输送机状态监测与故障诊断系统结构图。

图2为本发明的带式输送机状态监测与故障诊断流程图。

具体实施方式

该故障诊断系统包括：电流传感器、油压传感器、四个转速传感器、PLC及上位机；所述各传感器安装在带式输送系统关键节点位置；PLC作为下位机接收传感器信号并将信号传输给上位机；上位机对信号进行实时处理从而实现带式输送机的状态监测及故障诊断，当上位机判断出现故障时，向下位机发出信号进行停机处理。

所述电流传感器安装在带式输送机驱动电机处，用于测量电机实时电流值；所述油压传感器安装在皮带输送机张紧装置张紧油缸处，用于测量实时油压；所述的四个转速传感器：第一转速传感器安装在带式输送机驱动电机处，与电机轴相连，用于测量电机输出转速；第二转速传感器安装在带式输送机从动滚筒处，与从动滚筒主轴相连，用于测量从动滚筒转速；第三转速传感器安装在距机尾10米处皮带下方，用于测量该处皮带运行速度；第四转速传感器安装在距机头10米处皮带下方，用于测量该处皮带运行速度。

故障诊断方法，具体步骤如下：

a)根据实际带式输送机的状态与监测需求，针对性的建立观测模型；

b)根据PLC传输的传感器信息，以电机电流信号及皮带张力信号作为输入量，以各转速传感器信号作为观测量，利用非线性观测算法对带式输送机进行实时的状态观测；

c)进行状态监测与故障诊断：(1)针对堆煤故障，将观测到的上游带式输送机状态m₁与下游带式输送机状态m_k进行求差处理，求出落煤量变化率M_l＝Δm/m₁，设定堆煤阈值M(％)，若落煤量变化率超过阈值，说明出现堆煤故障，PLC发出信号进行停机处理；

(2)针对断带故障，当单元阻力变化率超过设定断带阈值N(％)，PLC发出信号进行停机处理；

(3)针对皮带效能丧失或参数改变故障，当单元弹性系数变化率超过设定弹性阈值L(％)，PLC发出信号进行停机处理。

所述的步骤a)中，针对性的建立观测模型步骤为：

(1)针对堆煤故障，由于煤流进出变化质量相对于整体运送质量变化较小，为了实现煤流进出质量的监测，将带式输送机上运质量分为三个部分，提取单元1质量m₁，单元n质量m_n，中间单元总体质量为m_k，可得细分后中间每个单元质量分别作为状态量写入状态方程；

(2)针对断带故障，由于断带多由大块物料或铁器插入皮带导致，会引起单元异常阻力，因此提取关键单元阻力值作为状态量；

(3)针对皮带的效能丧失或者参数改变，将单元弹性系数作为状态量进行观测。

实施例1：针对大型带式输送系统，给出一种状态监测与故障诊断的策略。

图1所示为带式输送机状态监测与故障诊断系统结构图，该检测系统包括电流传感器、油压传感器、四个转速传感器、PLC及上位机。电流传感器安装在带式输送机驱动电机处，用于测量电机实时电流值；油压传感器安装在皮带输送机张紧装置张紧油缸处，用于测量实时油压；第一转速传感器安装在带式输送机驱动电机处，与电机轴相连，用于测量电机输出转速；第二转速传感器安装在带式输送机从动滚筒处，与从动滚筒主轴相连，用于测量从动滚筒转速；第三转速传感器安装在距机尾10米处皮带下方(根据实际工况10米数值可进行一定变动)，用于测量该处皮带运行速度；第四转速传感器安装在距机头10米处皮带下方，用于测量该处皮带运行速度。PLC作为下位机接收传感器信号并将信号传输给上位机；上位机对信号进行实时处理从而实现带式输送机的状态监测及故障诊断，当上位机判断出现故障时，向下位机发出信号进行停机处理。

图2所示为带式输送机状态监测与故障诊断流程图。

步骤1，初始化系统模型及阈值。

在上位机中设置落煤变化率的堆煤阈值M(％)、阻力变化率的断带阈值N(％)、弹性系数变化率的弹性阈值L(％)，落煤变化率的堆煤阈值及阻力变化率的断带阈值推荐使用±10％，弹性系数变化率的弹性阈值需根据输送带实际情况确定。

步骤2，实时采集各传感器信息并进行状态观测。

在现场应用过程中，随着带式输送机的启动，各传感器信息通过连接线传入PLC数据采集模块，PLC实时与上位机进行通讯。在opc通讯环境下，上位机能够将所采集到的数据直接输入编制好的系统观测模型程序并运行，从而得到关键状态及参数的观测量。

步骤3，带式输送机的故障诊断及处理。

当落煤量变化率超过设定堆煤阈值M(％)，说明出现堆煤故障，PLC发出信号进行停机处理；当单元阻力变化率超过设定断带阈值N(％)，说明出现断带或类似故障，PLC发出信号进行停机处理；当单元弹性系数变化率超过设定弹性阈值L(％)，说明皮带效能丧失或参数改变故障，PLC发出信号进行停机处理。

Claims (4)

1.一种带式输送机的故障诊断系统，其特征是：该故障诊断系统包括：电流传感器、油压传感器、四个转速传感器、PLC及上位机；所述各传感器安装在带式输送系统关键节点位置；PLC作为下位机接收传感器信号并将信号传输给上位机；上位机对信号进行实时处理从而实现带式输送机的状态监测及故障诊断，当上位机判断出现故障时，向下位机发出信号进行停机处理。

2.根据权利要求1所述的一种带式输送机的故障诊断系统，其特征是：所述电流传感器安装在带式输送机驱动电机处，用于测量电机实时电流值；所述油压传感器安装在皮带输送机张紧装置张紧油缸处，用于测量实时油压；所述的四个转速传感器：第一转速传感器安装在带式输送机驱动电机处，与电机轴相连，用于测量电机输出转速；第二转速传感器安装在带式输送机从动滚筒处，与从动滚筒主轴相连，用于测量从动滚筒转速；第三转速传感器安装在距机尾10米处皮带下方，用于测量该处皮带运行速度；第四转速传感器安装在距机头10米处皮带下方，用于测量该处皮带运行速度。

3.权利要求1所述的一种带式输送机的故障诊断系统的诊断方法，其特征是：故障诊断方法，具体步骤如下：

a)根据实际带式输送机的状态与监测需求，针对性的建立观测模型；

b)根据PLC传输的传感器信息，以电机电流信号及皮带张力信号作为输入量，以各转速传感器信号作为观测量，利用非线性观测算法对带式输送机进行实时的状态观测；

c)进行状态监测与故障诊断：

(1)针对堆煤故障，将观测到的上游带式输送机状态m₁与下游带式输送机状态m_k进行求差处理，求出落煤量变化率M_l＝Δm/m₁，设定堆煤阈值M(％)，若落煤量变化率超过阈值，说明出现堆煤故障，PLC发出信号进行停机处理；

(2)针对断带故障，当单元阻力变化率超过设定断带阈值N(％)，PLC发出信号进行停机处理；

(3)针对皮带效能丧失或参数改变故障，当单元弹性系数变化率超过设定弹性阈值L(％)，PLC发出信号进行停机处理。

4.根据权利要求3所述的一种带式输送机的故障诊断系统及方法，其特征是：所述的步骤a)中，针对性的建立观测模型步骤为：

(1)针对堆煤故障，由于煤流进出变化质量相对于整体运送质量变化较小，为了实现煤流进出质量的监测，将带式输送机上运质量分为三个部分，提取单元1质量m₁，单元n质量m_n，中间单元总体质量为m_k，可得细分后中间每个单元质量分别作为状态量写入状态方程；

(2)针对断带故障，由于断带多由大块物料或铁器插入皮带导致，会引起单元异常阻力，因此提取关键单元阻力值作为状态量；

(3)针对皮带的效能丧失或者参数改变，将单元弹性系数作为状态量进行观测。