洗煤厂无人值守皮带机智能监测系统的升级研究

常亚洲

（山西晋煤集团物资装备公司， 山西 晋城 048006）

引言

无人值守是建立数字化洗煤厂的重要课题。由于洗煤厂皮带工作环境恶劣，沿线较长，人员不可能一直待在皮带机头机尾进行蹲点观察，非常有必要建立基于视频分析的智能监测监控系统，能够将皮带机实时画面以及温度、震动等信息进行实时传输和统一管理，实现多点实时监测和远程控制，达到“减员提效、人少则安”的最终目的。

1 存在问题

长平煤业洗煤厂为晋煤集团旗下年入洗量300万t的洗煤厂。经过多年运行其监控系统主要存在如下问题：

1）其工业电视系统采用的是早期的模拟系统，性能和稳定性不高，模拟信号容易产生衰减、延时，抗干扰性能差；视频信号的传输采用光端机方式进行转换，一个摄像仪就要占用一根光纤，存在资源浪费现象。

2）其驱动电机、减速机和各类滚筒均没有温度振动监测设备，无法对皮带机温度、振动等工况参数进行实时采集，极易出现轴承超温润滑失效或振动过大轴承破裂，直接影响到输煤皮带的安全运转，影响生产的正常运行。

基于此对原有视频系统进行改造升级，同时增加无线温度振动监测功能，实现皮带的各类工况参数实时监控自动反应，达到关键岗位“无人值守”目的。

2 改造内容

2.1 对原有视频系统进行升级

对原有视频系统进行升级改造，研发了智能监测系统，在 5305、2002、5306、5605 四部皮带机头机尾处安装11台摄像仪，通过光缆接入交换机访问解码，最终通过BNC接口传输至上位机，实现画面上墙。

2.2 增加无线温度振动子系统

在皮带机关键部位安装传感器，实现提取温度振动信号，通过无线传输方式将振动数据和温度值传输到的无线接收就地显示装置，再通过485和光纤交换机传输到集控室上位机进行数据记录和分析，根据控制要求实现故障预警和报警[1]。

3 改造后的系统结构

3.1 视频监控系统

如图1所示，视频监控系统由前端摄像仪通过光缆接入配电室的光缆接线盒，经过接线盒后通过尾纤接入光电交换机，通过硬盘录像机和视频解码器通过网线接入交换机，实现对视频信号的访问、存储、解码，然后解码器通过BNC接口输出给电视墙，实现画面上墙、分割等操作。

其中，11台摄像仪的安装位置如下：5305皮带机尾放置1台摄像仪，2002皮带驱动机房放置3台摄像仪，2002皮带机头放置1台摄像仪，2002机尾放置1台摄像仪，5306皮带机尾放置1台摄像仪，5306皮带机头放置1台摄像仪，5605皮带上灰分仪放置1台摄像仪，汽运装车放置2台摄像仪，每组防爆网络摄像仪均需铺设1根8芯光缆至就近的光缆接线盒。所有摄像仪供电220 V，电源线就近铺设即可。具体接线方式如下页图2所示。

图2 摄像仪接线图

3.2 温度振动监测系统

3.2.1 系统架构

如图3所示，在2002、5305、5306皮带机的主驱动滚筒和减速器上安装振动温度一体式传感器，其中，5305皮带滚筒和减速器上面各安装1个，共计2个；5306皮带滚筒和减速器上面各安装1个，共计2个；2002皮带为三驱系统，分别在滚筒和减速器上面各安装1个，共计6个，整个系统共计安装10个一体化传感器。该传感器可嵌入至原结构的螺栓上，不需要打孔，安装方便，传感器为无线式。无线采集仪就近安装在传感器附近，最大距离不超过60 m。采集仪需要127 V AC电源供电。采集仪输出为SC光口以太网信号，可接入驱动机房的光端机或者与已布置好的光缆熔接，将数据传输至集控室，通过交换机进入上位机[2]。上位机可对温度和振动信号实施显示、查询、存储、报警等功能，同时该局域网内的其他上位机也可对数据进行访问。

3.2.2 传感结构

传感器壳体利用紧固螺栓固定的结构。传感器由温度、振动传感器和信号转换发射电路组成，DC3V电源采用Li-SOCl2锂原电池，型号：LS14500，容量：2 600 mAh，电压3.6 V。电池开路电压≤3.7 V。传感器电路为本质安全电路，无线发射有效传输距离达60 m。传感器电路原理框图如下图4所示。

图3 皮带温度振动监测系统结构示意图

图4 传感器电路原理框图

传感器温度探头选用PT100，其输出电阻随温度变化。探头与采样电阻及电位器组成检测电桥，电位器用来调整电桥平衡。电桥输出信号经由直流同相放大器放大后经处理器的AD转换，振动信号通过ADXL345三轴加速度计进行测量，可对X、Y、Z轴三个方向加速度进行检测，最终运算处理后输出433 MHz的无线频率信号[3]。

3.2.3 采集结构

采集仪为矿用隔爆兼本质安全型结构，壳体为1个隔爆腔体。盖与壳体采用螺栓结构；门盖与壳体有铰链联接，门盖上开有观察窗，可以反映出被控设备的运行工况。其电路原理框图如图5所示。

图5 采集仪电路原理框图

127 V外部输入电源通过电源控制单元转为供内部各单元所需的电压，信号处理单元对无线采集数据进行处理、显示及变换，通过485转以太网变换为网口输出，然后通过光纤收发器变换为光口输出。

传感器及采集仪现场安装图如下页图6所示，一体化传感器直接通过滚筒或者减速器上的紧固螺钉安装，方便快捷，采集仪下方喇叭口一个进电源线一个出信号线。

图6 传感器及采集仪现场安装图

3.2.4 上位机软件

上位机软件基于SQLServer数据库，建立轴承温度和振动参数关系数据库，从而可以实现数据保存、数据查询、数据删除等操作，数据库稳定可靠。可将系统传感器前20个温度高值由高到低顺序排列，滚动显示在软件下方，供运行加强巡视。下图7为上位机总体显示，图8为温度振动列表显示及历史曲线显示。

图7 上位机总体显示图

从图中可以看出各个传感器实时数据。服务器监控软件将轴承温度及振动分为三级，分别用三种颜色来代表，正常温度用绿色代表，温度预警用黄色代表，温度报警用红色代表；将轴承振动级别分为三级，分别是振动正常、振动预警和振动报警，颜色分别为绿、黄、红表示。根据不同级别，可采用声光报警、图形界面报警、短信发送报警，根据用户需求，可实现报警停机，对系统中所有测温点进行温度报警和振动报警。

4 工业性试验

1）通过在 2002、5305、5306皮带机滚筒和减速器上安装温度振动一体化传感器实现了数据采集，根据现场条件在就近位置放置无线采集仪实现数据汇总查看，并通过光纤通讯网络将数据传输到集控室进行数据存储和上位机显示以及管理，最终实现了2002、5305、5306皮带输送设备运行的安全检测与安全预警。

2）通过在 2002、5305、5306 皮带机机头机尾、驱动5605灰分仪，汽运装车等关键位置安装防爆摄像仪并通过光纤环网实现图像上传，对原工业电视模拟系统进行改造，采用视频综合平台替换老化的矩阵，实现大屏显示及画面分割，安装新的硬盘录像机实现视频画面的存储，实现了对关键设备与关键过程的视频监控。

3）现场实施后，2002、5305、5306 皮带机由原本的3位皮带司机变更为1位巡检人员，实现了真正意义上的无人值守。

图8 上位机温度振动列表值及温度历史曲线

5 结论

本项目于2018年11月完成安装调试并投入使用，升级后的系统实现了对洗煤厂关键设备、关键部位的设备监控，实现了对2202、5305、5306皮带输送设备运行的安全检测和安全预警，实现了对皮带机关键设备如滚筒、减速器、关键过程如皮带启动、煤量情况的视频监控和智能告警提示，并具备存储、调阅功能。现场实施后，现场由原本的3位皮带司机改为1位巡检人员，之前的人员现场测量温度和振动数据变为在值班室上位机查看操作，实现了真正意义上的无人值守。