皮带机运行状态光纤综合监测预警系统介绍

皮带机运行状态光纤综合监测预警系统介绍

皮带机是煤矿上非常重要的自动化设备，它们的运行状况直接影响煤矿的正常生产及运营，因此，很有必要对这些设备进行实时的监测，以便第一时间发现设备的故障，并及时检修。目前监测主要依靠人工定时巡检的方式，耗时耗力且效率低。为了提高煤矿的自动化水平，进一步的提供机电设备的安全运行保障，公司专门研发了光纤式振动温度监测系统。监测系统能够对皮带机的振动及温度进行实时在线监测与分析，实时、客观的反映皮带机的运行状态和故障程度，避免不必要的停机检修和盲目大修，节约人力物力，提高设备利用率：通过在线故障诊断趋势分析，发现一些潜在故障，及早进行处理，预防故障或事故的发生，减少事故发生率，确保设备安全、长期、满负荷运转；提供发生事故的性质和原因，缩短故障查找和检修时间，提高检修质量；为设计单位和生产厂家提供设备实际运行状况及存在的问题，有利于提高设计和制造质量等等。

本系统采用光纤振动传感器和光纤检测技术，对皮带机机头、机尾的滚筒、CST 减速箱、驱动电机等关键重要设备进行实时在线的振动、温度检测。通过监测这些旋转机械的振动幅度、频率、方向等物理量的变化，及时掌握设备的工作状态，可对运行设备进行24 小时监控。利用计算机的存储空间记录设备的运行参数，包括振动加速度、速度、位移等，系统自动生成日数据库、历史数据库及报警库，设备一旦出现故障前兆及时报警并尽可能多的采集故障信息，为了解故障现象和分析故障原因提供可靠的数据。

．一系统特点

系统利用光纤传感技术对皮带机沿线温度、机头设备运行状态在线监测，及时发现异常点，将皮带机的故障发现在早期阶段，对控制预防皮带机（工作面）发火及设备运行故障具有重要意义。

该系统具有以下优点：

1）本质安全，不带电，不受外界电磁场干扰，长期漂移小；

2）皮带机机头和沿线综合监测，提前预警，及时性和有效性强；

3）皮带机发火点精准定位，误差小，显示直观，反应迅速。

二系统关键技术

本系统所采用的关键技术包括如下几个方面：

1）基于光纤拉曼散射原理的分布式温度监测技术；

2）基于光纤光栅的温度、振动传感器的检测技术；

3）基于加速度信号频谱分析的故障诊断技术。

2.1 光纤分布式温度监测技术

分布式光纤温度在线检测系统（Distributed Temperature Sensing –DTS ）于1980 年诞生于英国的Southampton 大学，是一种利用激光在光纤中传输时产生的背向拉曼散射信号、根据光时域反射原理（Optical Time-Domain Reflectometer –OTDR）和雷达工作原理来获取空间温度分布信息和空间定位信息的监控系统。是近年发展起来的一种用于实时监控温度场的高新技术。它能够连续测量光纤沿线所在处的温度，可对测量距离最大在60 公里的范围，空间定位精度达到一米的数量级，将一条数公里乃至数十公里长的光纤（光纤既是传输媒体，又是传感媒体）铺设到待测空间，可连续测量、准确定位整条光纤所处空间各点的温度，通过光纤上的温度的变化来检测出光纤所处环境变化，特别适用于需要大范围多点测量的应用场合。

光纤分布式温度检测系统采用拉曼散射原理和光时域反射技术实现温度和距离的测定。拉曼散射原理是依据光在光纤中传播过程中，产生后向拉曼散射光谱的温度效应。当入射的光量子与光纤物质分子产生碰撞时，产生弹性碰撞和非弹性碰撞。弹性碰撞时，光量子和物质分子之间没有能量交换，光量子的频率不发生任何改变，表现为瑞利散射光保持与入射光相同的波长；在非弹性碰撞时，发生能量交换，光量子可以释放或吸收声子，表现为产生一个波长较长的斯托克斯光和一个波长较短的反斯托克斯光。由于反斯托克斯光受温度影响比较敏感，系统采用以斯托克斯光通道作为参考通道，反斯托克斯光通道作为信号通道，有两者的比值可以消除光源信号波动、光纤弯曲等非温度因素，实现对温度信息的采集。

光时域反射技术（即OTDR 原理）是对空间分布的温度实现空间测量的理论基础。根据激光脉冲在光纤中传输时入射光经过背向散射返回到光纤入射端所需时间，然后乘以光速即可测得激光脉冲在光纤中传播的长度，进而实现定位。

光纤分布式测温装置可应用于采空区多参数在线监测系统、皮带机综合监测系统、电力设备状态在线监测等系统中。

2.2 光纤光栅传感技术

2.2.1 光纤光栅的基本原理

光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。

光纤光栅传感器通常是将光纤光栅附着在某一弹性体上，同时进行保护封装。反射光的波长对温度、应力和应变非常敏感，当弹性体受到压力时时,光纤光栅与弹性体一起发生应变，导致光纤光栅反射光的峰值波长漂移，通过对波长漂移量的度量来实现对温度、应力和应变的感测。

2.2.2 光纤光栅解调仪

矿用光纤光栅解调仪用于各类光纤光栅的波长解调，进而实现对多物理量的在线监测。采用高精度微型光谱分析技术、嵌入电子技术、高速数据处理技术，实现了多参量光纤光栅传感器信号的分析处理。

可解调分析C 波段（1526-1566）光谱，具有高精度、高灵敏度、扫描速度快等特点，已广泛用于电力、煤矿、石油、化工等工业企业的安全监测系统中。可通过软件自行定义传感器类型，用于测量温度、压力、应变等参数；仪器通道数可根据用户需求定制，扩展性强；与上位机通讯有RS485 和网口两种方式，网口通讯速度快，运行稳定性好，长期运行推荐使用并口通讯方式；通过DIO 卡控制输出，具有红灯报警功能，低电平有效。

产品特点

1. 光纤传输温度信号；

2. 传感网络分析仪对温度信息进行采集；

3. 光纤感知温度和位置信息，系统本质安全，绝缘性能强；

4. 温度信息通过光信号传输，不受电磁干扰；

5. 感温迅速，灵敏度高；

6. 光信号在光纤中的损耗很小，从而能够实现10km 以上的测量距离。

7. 实时在线监测，远程控制，24 小时无人值守。

2.2.3 光纤温度传感器

光纤多点温度传感器以光纤光栅作为检测元件，对温度进行检测。工作时，由光纤光栅解调仪内的光源发出连续宽带光，经传输光缆传送到监测现场的传感器，传感器对宽带光有选择地反射回一窄带光，经同一传输光缆回送到光纤光栅解调仪，测定出窄带光中心波长的波长漂移变化，再经过软件的解调与分析便确定出现场的温度信息。

技术优势：

●本质防爆、无电传感；

●化学性能稳定；

●传输距离远

2.2.4 光纤加速度传感器

光纤光栅振动传感器的基本设计思想是将地面的振动转化成光纤光栅的应变，这个应变会引起光栅中心反射波长的变化，通过波长解调系统可将波长变化转化成电压的变化，即可实现振动信号的传感。

光纤振动传感器可应用于机电设备状态检测系统、电力设备在线监测系统、皮带机综合监测系统；

2.3、软件功能

2.3.1 皮带机分布式温度监测系统

Ⅰ、温度曲线显示

Ⅱ、温度数值实时列表表格显示所有数据，设计表格样式，分页显示功能，筛选有效数据，异常数据用图形标记

Ⅲ、温度历史查询查询任意位置、时间段内的历史数据，数据导出、打印。

Ⅳ、报警查询查询任意时间段，不同级别报警数据

Ⅴ、报表统计统计任意一天的监测数据，温度根据分区，每天分四个时间段统计，报表可以下载为word 格式

2.3.2 点式振动及温度监测

Ⅰ、平面图显示

Ⅱ、历史数据查询可以查询任意监测点在任意时间段内的历史数据。主要设计的是表格显

示部分。表格纵向是查询的每天日期，横向是一天的二十四小时，数据每小时统计后列出。无数据用“-”标示，根据报警线判断数据是否超限，根据不同报警级别设置不同的背景颜色。可以非常直观的显示出了每一天的监测情况。日期列设置超链接，单击可以显示任意一天的数据曲线。