崔 軍

（山西潞安郭莊煤業(yè)有限責任公司，山西 長治 046100）

山西潞安郭莊煤礦帶式輸送機工作環(huán)境較為惡劣，在輸送量大、輸送距離遠、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)，主要是通過帶式輸送機上安裝各類傳感器進行數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)設定的閾值進行對比，出現(xiàn)超過閾值的情況即報警，根據(jù)報警參數(shù)，人工進行故障診斷與排查。該監(jiān)控系統(tǒng)效率低，過度依賴傳感器以及閾值，容易出現(xiàn)誤報、漏報情況。本文以DTL100/80/2X200型帶式輸送機為研究對象，進行故障監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設計，減少傳感器數(shù)量，提升監(jiān)控系統(tǒng)精準度，提升帶式輸送機的運行效率。

1 故障監(jiān)控系統(tǒng)原理

郭莊煤礦技術小組為了減少傳統(tǒng)傳感器的使用，達到故障預測與診斷的目標，提升故障監(jiān)控系統(tǒng)運行的準確性和穩(wěn)定性，需要使用一種能夠通過少數(shù)參數(shù)收集完成帶式輸送機故障信息預警與診斷的邏輯系統(tǒng)，即基于參數(shù)預測的神經(jīng)網(wǎng)絡故障預測系統(tǒng)進行DTL100/80/2X200型帶式輸送機監(jiān)控。該種方法具有參數(shù)非線性、特征數(shù)量映射能力強的特點，可以通過預測帶式輸送機檢測參數(shù)，并將參數(shù)反饋給處理中心進行判別，達到故障預測與控制的效果。具體實施步驟可以分為以下幾步：（1）將歷史故障數(shù)據(jù)庫中與當前時間相對應的故障數(shù)據(jù)進行整合，組合成該故障信息的時間序列樣本，以多個故障時間序列樣本為基礎數(shù)據(jù)庫，結合建立時間序列預測模型，預測出某一故障在未來一段時間內可能的數(shù)值；（2）按照常規(guī)訓練方法對神經(jīng)網(wǎng)絡故障系統(tǒng)進行訓練；（3）將第一步預測出的故障信息數(shù)據(jù)載入到神經(jīng)網(wǎng)絡故障系統(tǒng)中，進行故障信息的診斷。診斷出的信息除了包含故障參數(shù)外，還包含故障發(fā)生的時間參數(shù)。原理流程見圖1。

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

2 故障監(jiān)控系統(tǒng)在郭莊煤礦的應用

郭莊煤礦基于參數(shù)預測的神經(jīng)網(wǎng)絡故障預測系統(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)場層。

監(jiān)控管理分為兩部分：監(jiān)控現(xiàn)場的控制操屏和監(jiān)控室內的PC機。監(jiān)控現(xiàn)場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，同時還接收輸送指令，并控制現(xiàn)場設備執(zhí)行指令。監(jiān)控室內的PC機屬于遠程監(jiān)控，處理數(shù)據(jù)能力強，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、故障確定以及故障診斷等，同時也可以通過遠傳系統(tǒng)，實現(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運行參數(shù)，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，首先傳輸給PLC，經(jīng)過程序轉化，PLC將現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)轉化成監(jiān)控管理設備識別的語言信號發(fā)送給監(jiān)控層，同時PLC還接收現(xiàn)場輸送指令，控制現(xiàn)場系統(tǒng)設備完成指令動作。

現(xiàn)場層屬于監(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)場層設備動作來實現(xiàn)，系統(tǒng)現(xiàn)場層設備主要有帶式輸送機動力電機、皮帶運行開關、各類接觸器、狀態(tài)指示燈、報警警鈴等。

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型帶式輸送機在將煤料運輸?shù)竭x煤廠的過程中出現(xiàn)故障報警，監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測界面顯示如圖2。圖2（左）為故障發(fā)生前界面信息，在16時45分06秒時，系統(tǒng)預測到皮帶機即將出現(xiàn)跑偏故障，系統(tǒng)執(zhí)行緊急制動程序。預測狀態(tài)是基于本系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡故障預測方法得出的，設置預測時間為后5秒，在45分11秒時，監(jiān)測界面圖2（右）運行狀態(tài)顯示為故障，類型為皮帶跑偏。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)輸送機滾筒故障點表面膠合板出現(xiàn)破損（見圖3），繼續(xù)運行一定會出現(xiàn)皮帶跑偏打滑。實踐表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了帶式輸送機故障信息的預測以及故障類型的分析。

圖3 滾筒故障點表面膠合板破損

3 故障監(jiān)控系統(tǒng)運作流程

郭莊煤礦以往的帶式輸送機監(jiān)控系統(tǒng)只能進行傳感器數(shù)據(jù)與設計閾值的簡單對比，超過閾值則報警，具體故障診斷仍需要人工巡檢。技術小組設計的基于參數(shù)預測的神經(jīng)網(wǎng)絡故障預測系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)故障報警，還可以替代工人進行帶式輸送機的聯(lián)動控制。DTL100/80/2X200型帶式輸送機屬于多級式物料輸送機，其開機與停機都遵循“順流啟動和順流制動”方式，即開機時，首先啟動料流端的一級皮帶，并依次啟動下一級，若出現(xiàn)下一級皮帶無法啟動的情況，則上級皮帶在與下級皮帶轉載物料前必須停機，制動過程則相反。該方式可以有效降低輸送機空轉時長，降低設備能耗。在輸送機運行過程中，系統(tǒng)監(jiān)控在經(jīng)過參數(shù)預測和診斷后，確定為輸送機出現(xiàn)故障需停機，系統(tǒng)立即執(zhí)行緊急制動聯(lián)動。系統(tǒng)控制運作流程見圖4。

4 結論

本文通過對郭莊煤礦基于參數(shù)預測的神經(jīng)網(wǎng)絡故障預測系統(tǒng)運行原理、運作流程以及運行效果的分析，得出以下結論：

（1）基于參數(shù)預測的神經(jīng)網(wǎng)絡故障預測系統(tǒng)是一種可以能夠通過少數(shù)參數(shù)收集完成帶式輸送機故障信息預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)場層三部分組成，運行穩(wěn)定，監(jiān)控精度高。

（2）相較于常規(guī)設備運行監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)摒棄依靠傳感器采集數(shù)據(jù)進行閾值對比的監(jiān)控原理，通過中心處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)完成采集數(shù)據(jù)分析，并以多個故障時間序列樣本為基礎數(shù)據(jù)庫，結合建立時間序列預測模型，預測出某一故障在未來一段時間內可能的數(shù)值，極大提升故障監(jiān)測效率，降低人工巡檢需求。

圖4 故障監(jiān)控系統(tǒng)控制運作流程圖

（3）郭莊煤礦DTL100/80/2X200型帶式輸送機在故障出現(xiàn)前，監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了預測報警，為系統(tǒng)執(zhí)行緊急制動程序提供了足夠時間，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)的運行下，郭莊煤礦已完成近50000t的煤炭運輸工作。經(jīng)過一年多的實際驗證，該故障監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控精準度以及聯(lián)動邏輯完全滿足煤礦需求，具有很大推廣意義。