本發(fā)明涉及一種煤礦井下帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，尤其是一種利用主控制器與多個(gè)輸入輸出控制器進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行全面監(jiān)控及壽命管理的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著煤礦規(guī)模的不斷擴(kuò)大和煤礦生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化程度的不斷提高，膠帶輸送機(jī)也朝著大運(yùn)量、高帶速、長(zhǎng)距離的趨勢(shì)發(fā)展，其承擔(dān)的運(yùn)輸任務(wù)越來(lái)越重大，其工作可靠性直接影響煤炭生產(chǎn)連續(xù)性、安全性和經(jīng)濟(jì)效益。

目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)礦井對(duì)帶式輸送機(jī)的管理僅限于對(duì)跑偏、撕裂、打滑、超溫、煙霧、堆煤等常見(jiàn)故障的保護(hù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)工況信息的全面感知和電機(jī)、齒輪箱、滾筒、托輥各部件的壽命管理?，F(xiàn)有煤礦使用較多的帶式輸送機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，如德國(guó)貝克集團(tuán)生產(chǎn)的KJ50型PROMOS監(jiān)控系統(tǒng)、常州聯(lián)力自動(dòng)化科技有限公司生產(chǎn)的KHP157帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置等，還有現(xiàn)公開(kāi)的技術(shù)，如“一種礦用隔爆兼本安型帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置”的發(fā)明專利和“一種礦用帶式輸送機(jī)智能監(jiān)控裝置”的實(shí)用新型專利，都存在的主要問(wèn)題是：只能實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)工作電流、環(huán)境溫度、運(yùn)行速度等工況信息的監(jiān)測(cè)和跑偏、撕裂、堆煤、超溫、煙霧等故障的保護(hù)，狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息量少，無(wú)法滿足對(duì)帶式輸送機(jī)電機(jī)、齒輪箱、滾筒、托輥各部件壽命管理的需求，且只能在故障發(fā)生后發(fā)出故障和維修警報(bào)，屬于事后維修，不能實(shí)現(xiàn)電機(jī)、齒輪箱、滾筒、托輥各部件的狀態(tài)維修。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種帶式輸送機(jī)監(jiān)控及壽命管理系統(tǒng)，在對(duì)帶式輸送機(jī)全面監(jiān)測(cè)監(jiān)控的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的電機(jī)、齒輪箱、滾筒、托輥各部件的壽命管理，以確保煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和連續(xù)性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。

一種帶式輸送機(jī)監(jiān)控及壽命管理系統(tǒng)，包括主控制器和多個(gè)輸入輸出控制器；其特征在于：

所述主控制器是位于帶式輸送機(jī)機(jī)頭，通過(guò)CAN總線與位于帶式輸送機(jī)沿線各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置的檢測(cè)傳感器連接的所述多個(gè)輸入輸出控制器進(jìn)行通信，輸入輸出控制器對(duì)帶式輸送機(jī)的跑偏、超溫、煙霧、堆煤、撕裂、打滑的故障信號(hào)以及電機(jī)、齒輪箱和滾筒的溫度信號(hào)、膠帶運(yùn)行速度信號(hào)、電機(jī)電流信號(hào)、電機(jī)和齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)、沿線托輥速度信息及沿線環(huán)境溫度信息進(jìn)行采集，主控制器通過(guò)基于VB的人機(jī)界面對(duì)采集到的信息進(jìn)行分析、計(jì)算和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的全面監(jiān)控以及電機(jī)、齒輪箱、滾筒、托輥部件的壽命管理。

在上述技術(shù)方案中，所述檢測(cè)傳感器包括溫度傳感器、煙霧傳感器、跑偏傳感器、堆煤傳感器、撕裂傳感器、速度傳感器、電流傳感器、振動(dòng)傳感器和張力傳感器。

在上述技術(shù)方案中，所述溫度傳感器安裝在驅(qū)動(dòng)滾筒支撐軸、電機(jī)和齒輪箱的殼體；所述煙霧傳感器安裝在帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒上方5米內(nèi)的下風(fēng)口處，安裝高度盡量靠近位于膠帶上的物料；所述跑偏傳感器安裝在帶式輸送機(jī)頭部、中部、尾部的膠帶兩側(cè)；所述堆煤傳感器安裝在溜煤眼和膠帶搭接處；所述撕裂傳感器安裝在帶式輸送機(jī)運(yùn)行方向的卸料口；所述速度傳感器安裝在承載托輥下方與下膠帶上方，均為滾動(dòng)摩擦式接觸；所述電流傳感器安裝在電機(jī)電源母線架上；所述振動(dòng)傳感器安裝在電機(jī)與齒輪箱的殼體，垂直與水平各安裝一個(gè)；所述張力傳感器固定安裝在輸送機(jī)和張緊小車的鋼絲繩的一端。

在上述技術(shù)方案中，所述壽命管理是所述主控制器通過(guò)讀取已存儲(chǔ)的電機(jī)振動(dòng)、齒輪箱振動(dòng)、滾筒溫度及托輥速度的歷史數(shù)據(jù)，提取歷史數(shù)據(jù)的特征值，即最大值、最小值、絕對(duì)平均值、峰峰值、均方根、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、峭度、方差，將提取到的特征值與各部件全壽命周期樣本數(shù)據(jù)做相似度分析，找到樣本數(shù)據(jù)中相似度最大的數(shù)據(jù)片段在樣本數(shù)據(jù)中的位置，即為此時(shí)帶式輸送機(jī)電機(jī)、齒輪箱、滾筒、托輥各個(gè)部件所處壽命狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述壽命狀態(tài)是五級(jí)：一級(jí)為工況良好，不需要維修；二級(jí)為工況正常，建議定期進(jìn)行巡檢；三級(jí)為出現(xiàn)疲勞損耗，磨損較大，建議定期進(jìn)行關(guān)鍵部位巡檢；四級(jí)為較嚴(yán)重疲勞損耗，會(huì)出現(xiàn)故障，建議停止帶式輸送機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行關(guān)鍵部位維修；五級(jí)為嚴(yán)重疲勞損耗，即將發(fā)生故障，建議立即停止帶式輸送機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行維修和更換。

實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明所提供的一種帶式輸送機(jī)監(jiān)控及壽命管理系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)的全面監(jiān)控，而且能對(duì)帶式輸送機(jī)的電機(jī)、齒輪箱、滾筒、托輥各部件壽命進(jìn)行良好的管理，實(shí)現(xiàn)各部件的狀態(tài)維修。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明具有如下的特點(diǎn)。

本發(fā)明通過(guò)設(shè)置于整個(gè)帶式輸送機(jī)沿線的多個(gè)輸入輸出控制器，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)工況信息的全面感知。

本發(fā)明主控制器對(duì)采集到的信息進(jìn)行分析、計(jì)算、處理和顯示，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)的全面監(jiān)控和電機(jī)、齒輪箱、滾筒、托輥各部件的壽命管理。

本發(fā)明解決了現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)電機(jī)、齒輪箱、滾筒、托輥各部件壽命管理的問(wèn)題，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)運(yùn)行中的故障，輸出相應(yīng)的保護(hù)控制信號(hào)，并能根據(jù)監(jiān)測(cè)的信息進(jìn)行電機(jī)、齒輪箱、滾筒、托輥各部件的壽命管理，實(shí)現(xiàn)各部件的狀態(tài)維修，提高了帶式輸送機(jī)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和連續(xù)性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的壽命管理流程圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做出進(jìn)一步的說(shuō)明。

如附圖1所示，實(shí)施本發(fā)明上述所提供的一種帶式輸送機(jī)監(jiān)控及壽命管理系統(tǒng)，是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)煤礦井下的帶式輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化開(kāi)采所設(shè)計(jì)的監(jiān)控及壽命管理系統(tǒng)，該帶式輸送機(jī)監(jiān)控及壽命管理系統(tǒng)主要包括主控制器和多個(gè)輸入輸出控制器，該主控制器是通過(guò)所述多個(gè)輸入輸出控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)的全面監(jiān)控及電機(jī)、齒輪箱、滾筒、托輥各部件的壽命管理。

在上述具體實(shí)施方案中，所述主控制器是通過(guò)CAN總線與所述多個(gè)輸入輸出控制器進(jìn)行通信，設(shè)于帶式輸送機(jī)機(jī)頭，通過(guò)基于VB的人機(jī)界面對(duì)采集到的信息進(jìn)行接收、存儲(chǔ)、顯示及智能處理，將狀態(tài)監(jiān)控及各部件壽命管理信息在液晶顯示屏上進(jìn)行顯示。系統(tǒng)人機(jī)界面包括5個(gè)選項(xiàng)窗口，分別為主控窗口、壽命管理、接線圖表、故障記錄和參數(shù)設(shè)置，主控窗口中包括了系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)采集、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、故障位置、通信錯(cuò)誤位置顯示等功能，壽命管理窗口中主要顯示了電機(jī)、齒輪箱、滾筒、托輥各部件的剩余壽命預(yù)測(cè)結(jié)果及相應(yīng)的維修建議，接線圖表窗口中顯示了輸入輸出控制器輸入輸出口連接情況，輸入接口連接跑偏、撕裂、溫度、煙霧、堆煤、速度、電流、張力和振動(dòng)傳感器，輸出接口連接電機(jī)和灑水電磁裝置遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)，故障記錄窗口中記錄了故障發(fā)生的時(shí)間、故障類型及故障發(fā)生的位置，參數(shù)設(shè)置窗口中包括了滾筒溫度超溫報(bào)警設(shè)定值、皮帶張緊力設(shè)定值和皮帶帶速設(shè)定值。

在上述具體實(shí)施方案中，多個(gè)輸入輸出控制器是通過(guò)CAN總線互相通信，設(shè)于帶式輸送機(jī)沿線各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，每隔300米設(shè)置一個(gè)，是由微控制器單元、CAN通信單元、數(shù)據(jù)采集單元和繼電器輸出單元集成；輸入輸出控制器微控制器單元選用ST公司的STM32F107VCT6，通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元采集帶式輸送機(jī)的跑偏、撕裂、高溫、煙霧、堆煤、超速、打滑等故障信號(hào)、電機(jī)溫度信號(hào)、齒輪箱溫度信號(hào)、滾筒溫度信號(hào)、膠帶運(yùn)行速度信號(hào)、電機(jī)電流信號(hào)、電機(jī)和齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)、沿線托輥速度信息及沿線環(huán)境溫度信息，通過(guò)繼電器控制電機(jī)和灑水電磁裝置的啟停，并通過(guò)CAN總線將上述信號(hào)傳輸?shù)街骺刂破鬟M(jìn)行處理。

在上述具體實(shí)施方案中，檢測(cè)傳感器是包括溫度傳感器、煙霧傳感器、跑偏傳感器、堆煤傳感器、撕裂傳感器、速度傳感器、電流傳感器、振動(dòng)傳感器和張力傳感器。溫度傳感器采用KGW200H，安裝在驅(qū)動(dòng)滾筒支撐軸、電機(jī)和齒輪箱的殼體；煙霧傳感器采用GQL0.1，安裝在帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒上方5米內(nèi)的下風(fēng)口處，安裝高度盡量靠近位于膠帶上的物料；跑偏傳感器采用GEJ30，包括兩級(jí)跑偏，一級(jí)跑偏時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警提示，二級(jí)跑偏時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警停機(jī)，安裝在帶式輸送機(jī)頭部、中部、尾部的膠帶兩側(cè)；堆煤傳感器采用GUJ30，安裝在溜煤眼和膠帶搭接處；撕裂傳感器采用GVD1200，安裝在帶式輸送機(jī)運(yùn)行方向的卸料口；速度傳感器采用GSC-200/1000，安裝在承載托輥下方與下膠帶上方，均為滾動(dòng)摩擦式接觸；電流傳感器采用WB1414S43，安裝在電機(jī)電源母線架上，用于檢測(cè)電機(jī)定子電流；振動(dòng)傳感器采用LC0159-1000，安裝在電機(jī)與齒輪箱的殼體，垂直與水平各安裝一個(gè)；張力傳感器采用GAD100，固定安裝在輸送機(jī)和張緊小車的鋼絲繩的一端，用于檢測(cè)膠帶張力，防止膠帶張力過(guò)小，膠帶打滑，張力過(guò)大，膠帶斷裂。

在上述具體實(shí)施方案中，電源是礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電源，輸出1組DC 5V、1組DC 12V、1組DC 18V，DC 5V和DC 12V用于給控制器供電， DC 18V用于給輸入輸出控制器供電。

如附圖2所示，在上述具體實(shí)施方案中，所述壽命管理是所述主控制器通過(guò)讀取已存儲(chǔ)的電機(jī)振動(dòng)、齒輪箱振動(dòng)、滾筒溫度及托輥速度的歷史數(shù)據(jù)，提取歷史數(shù)據(jù)的特征值，即最大值、最小值、絕對(duì)平均值、峰峰值、均方根、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、峭度、方差，將提取到的特征值與各部件全壽命周期樣本數(shù)據(jù)做相似度分析，找到樣本數(shù)據(jù)中相似度最大的數(shù)據(jù)片段在樣本數(shù)據(jù)中的位置，即為此時(shí)帶式輸送機(jī)電機(jī)、齒輪箱、滾筒、托輥各個(gè)部件所處壽命狀態(tài)。

在上述具體實(shí)施方案中，壽命狀態(tài)共分為5級(jí)：1）工況良好，不需要維修；2）工況正常，建議定期進(jìn)行巡檢；3）出現(xiàn)疲勞損耗，磨損較大，建議定期進(jìn)行關(guān)鍵部位巡檢；4）出現(xiàn)較嚴(yán)重疲勞損耗，可能出現(xiàn)故障，建議停止帶式輸送機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行關(guān)鍵部位維修；5）出現(xiàn)很嚴(yán)重疲勞損耗，即將發(fā)生故障，建議立即停止帶式輸送機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行維修和更換。

在上述具體實(shí)施方案中，實(shí)現(xiàn)一種帶式輸送機(jī)監(jiān)控及壽命管理系統(tǒng)的具體工作方案包括以下步驟。

1）上電后，系統(tǒng)首先初始化，并準(zhǔn)備人機(jī)界面顯示等工作，然后對(duì)傳感器狀態(tài)進(jìn)行自檢。

2）得到允許啟動(dòng)信號(hào)后，輸入輸出控制器開(kāi)始采集各傳感器輸出的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、濾波處理，把監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息和位置信息打包經(jīng)過(guò)CAN總線傳輸給主控制器，主控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，并進(jìn)行分析判斷，然后根據(jù)判斷結(jié)果確定是否控制驅(qū)動(dòng)單元?jiǎng)幼鳌?/p>

3）點(diǎn)擊壽命管理按鈕，系統(tǒng)對(duì)電機(jī)、齒輪箱、滾筒、托輥各部件進(jìn)行壽命管理，將壽命預(yù)測(cè)結(jié)果在人機(jī)界面“壽命管理”窗口進(jìn)行顯示，并給出了各部件的維修建議，維修人員根據(jù)當(dāng)前各部件的壽命狀態(tài)進(jìn)行維護(hù)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不是對(duì)本發(fā)明的限定，在本說(shuō)明書(shū)中涉及到其它技術(shù)內(nèi)容以及技術(shù)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)按照本領(lǐng)域的公知常識(shí)和慣用的技術(shù)手段理解和實(shí)施，也可通過(guò)合理的分析推理設(shè)置實(shí)施。