在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)在煤礦帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用
目前煤礦帶式輸送機(jī)電機(jī)軸承、減速器軸承、滾筒軸承的監(jiān)測(cè)主要依賴于紅外溫度儀定期監(jiān)測(cè)和手持振動(dòng)儀檢查，但采用人工定期檢查很難系統(tǒng)地進(jìn)行設(shè)備安全監(jiān)測(cè)和提前預(yù)防，因?yàn)橹挥性谠O(shè)備出現(xiàn)重大隱患時(shí)才有升溫表現(xiàn)，振動(dòng)才有異常值。
1、帶式輸送機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
帶式輸送機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)由上海測(cè)振的GZW50/150振動(dòng)/溫度傳感器、隔爆兼本安型多路電源、交換機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)以及在線監(jiān)測(cè)診斷網(wǎng)頁(yè)客戶端組成。
振動(dòng)/溫度傳感器用于軸承振動(dòng)、溫度信號(hào)獲取，經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理，通過故障診斷算法對(duì)振動(dòng)、溫度信號(hào)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)軸承運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)診斷。診斷結(jié)果和報(bào)警數(shù)據(jù)通過交換機(jī)發(fā)送到數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，采用數(shù)據(jù)庫(kù)信息實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)分析、報(bào)表查詢、報(bào)告生成、診斷顯示等功能。 帶式輸送機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖 1 所示。
圖 1 帶式輸送機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
該系統(tǒng)主要功能分布圖如圖 2 所示。
圖 2 系統(tǒng)功能分布圖
各模塊的主要功能：
（1）參數(shù)設(shè)置功能模塊
該模塊主要設(shè)置診斷系統(tǒng)的報(bào)警值上限和下限參數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定狀態(tài)出現(xiàn)的設(shè)定值高于或者低于限值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，起到警示的作用。
（2）圖形化總體監(jiān)測(cè)模塊
該模塊將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)視圖化，能夠更好地通過視覺來監(jiān)控軸承溫度和振動(dòng)的大小，將檢測(cè)的結(jié)果模塊化、集中化顯示，并且能夠集中地體現(xiàn)不同部位的不同檢測(cè)結(jié)果值以及報(bào)警狀態(tài)等。
（3）報(bào)表查詢模塊
該模塊除了具有查詢功能以外，還能夠有效地記錄輸送機(jī)軸承運(yùn)行狀態(tài)，并且通過表格的形式得到一定時(shí)期內(nèi)的軸承振動(dòng)情況與溫度，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)獲得設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
（4）報(bào)警查詢模塊
可以通過該模塊獲得設(shè)備運(yùn)行的報(bào)警值和最大檢測(cè)值，獲得最優(yōu)的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。
（5）歷史趨勢(shì)分析模塊
通過歷史查詢和數(shù)理統(tǒng)計(jì)，可以獲得一定時(shí)期內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行變化趨勢(shì)，以及設(shè)備在運(yùn)動(dòng)過程中的溫度和振動(dòng)變化情況， 得出運(yùn)行趨勢(shì)分析結(jié)果。
（6）實(shí)時(shí)顯示模塊
該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備運(yùn)行單元的模塊化顯示，可以將軸承、測(cè)點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)如軸承振動(dòng)的幅度和溫度形象地在設(shè)備模型中顯示出來，獲得直觀的設(shè)備監(jiān)控。
（7）診斷報(bào)告模塊
通過軟件的處理，可以將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理、整合得出設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)變化，形成運(yùn)行報(bào)告。
（8）系統(tǒng)幫助模塊
提供專業(yè)知識(shí)庫(kù)與各功能模塊的使用幫助。
2、系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例
（1）工程背景
針對(duì)XX煤礦111帶式輸送機(jī) 12 個(gè)大型部件進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。主要通過不同設(shè)備主要部件的檢測(cè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，進(jìn)行故障診斷和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)XX煤礦安全生產(chǎn)。本次的設(shè)備檢測(cè)部位主要有驅(qū)動(dòng)電機(jī)、軸承、輸送帶等。
根據(jù)XX煤礦近幾年來的事故分析能夠得出，主要的事故原因除了突發(fā)事件之外，大多都是由設(shè)備軸承故障造成的，其中電機(jī)、減速機(jī)以及滾動(dòng)軸承等是重要的故障點(diǎn)，需要定期、定時(shí)進(jìn)行設(shè)備檢驗(yàn)和維護(hù)，以保障礦井的安全。 本次研究主要針對(duì)帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵部位電機(jī)、滾筒、軸承座、減速器等進(jìn)行軸承振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，利用傳感器、信息處理平臺(tái)等設(shè)備進(jìn)行大型設(shè)備故障判斷。
（2）系統(tǒng)的工作原理
系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)監(jiān)控、信息傳輸與故障診斷等功能，以保證能夠在遠(yuǎn)程檢測(cè)到設(shè)備的基本狀況。所以該系統(tǒng)應(yīng)該包括數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)傳輸部分、監(jiān)控服務(wù)器、故障診斷部分等。
數(shù)據(jù)采集的主要信息是設(shè)備的溫度、振動(dòng)值，通過傳感器檢測(cè)設(shè)備軸承的信號(hào)。
XX煤礦采用的是礦用本安振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀，可對(duì)振動(dòng)信號(hào)和溫度、壓力信號(hào)進(jìn)行采集和濾波、放大、A/D 轉(zhuǎn)換等處理，得出初步的設(shè)備信息，然后再經(jīng)過系統(tǒng)診斷相關(guān)算法進(jìn)行信號(hào)加工處理，處理后的參數(shù)分析結(jié)果（溫度、壓力和振動(dòng)幅度等）信號(hào)傳送到環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，之后再利用以太網(wǎng)把信息數(shù)據(jù)進(jìn)一步傳送至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，由此實(shí)現(xiàn)大型設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)控、故障診斷等。
系統(tǒng)整體框架如圖 5 所示，該系統(tǒng)對(duì) 10 個(gè)大型部件進(jìn)行安全性能檢測(cè)，不同的子系統(tǒng)將檢測(cè)信號(hào)傳輸?shù)浇粨Q機(jī)中，該系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)備參數(shù)信息進(jìn)行綜合診斷，然后從局部性能到整體性能進(jìn)行判斷，最終得出整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律和狀態(tài)，準(zhǔn)確地找出設(shè)備運(yùn)行的異常點(diǎn)來判斷故障。
圖 5系統(tǒng)整體框架
（5）系統(tǒng)的硬件組成
硬件選擇上應(yīng)考慮礦井的工作環(huán)境，如高溫、多塵且具有一定量的易燃易爆危險(xiǎn)氣體。 同時(shí)還應(yīng)考慮檢測(cè)設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間、遠(yuǎn)距離的工作狀態(tài)，以基本工作環(huán)境為基礎(chǔ)選擇系統(tǒng)硬件。
該系統(tǒng)主要是以振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀作為核心部件，同時(shí)與傳感器、數(shù)據(jù)采集站、服務(wù)器等相結(jié)合，由上海測(cè)振的GZW50/150礦用無線振動(dòng)/溫度傳感器、無線接收/發(fā)射器、隔爆兼本安型多路電源、交換機(jī)、工控機(jī)等組成系統(tǒng)硬件。
礦用溫度/振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析儀的主要功能：
①同步高速采集 對(duì)振動(dòng)、溫度信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；
②故障頻率自動(dòng)計(jì)算 在故障機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備、不同頻率的自動(dòng)計(jì)算；
③振動(dòng)值測(cè)試 計(jì)算振動(dòng)加速度峰峰值與振動(dòng)烈度值，分析推斷出設(shè)備的振動(dòng)情況；
④振動(dòng)報(bào)警門限設(shè)置與自動(dòng)報(bào)警 當(dāng)設(shè)備運(yùn)行超限時(shí)自動(dòng)報(bào)警；
⑤故障定量分析和智能診斷功能 定量地分析設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的變化形式和趨勢(shì)，直觀地得出故障狀態(tài)，有效地克服了傳統(tǒng)故障診斷的延遲性；
⑥存儲(chǔ)功能 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行本地存儲(chǔ)，確保故障信息長(zhǎng)時(shí)間保留；
⑦數(shù)據(jù)傳輸功能 通過光纖傳輸確保采集的數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確地上傳到地面集控室。
本文以XX煤礦帶式輸送機(jī)為例，設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，在不同部位傳感器測(cè)點(diǎn)配置不同的儀器；設(shè)置在線監(jiān)控功能、實(shí)時(shí)查詢功能、信息統(tǒng)計(jì)功能等，形成穩(wěn)定、安全的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的在線監(jiān)控，保證數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的真實(shí)性、穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)溫度、壓力、振動(dòng)等信號(hào)的高精度監(jiān)控。
