煤礦旋轉(zhuǎn)機械在線故障診斷及預警系統(tǒng)設計分析

胡煊

摘要：為有效應對現(xiàn)有煤礦機械設備在線監(jiān)測信息提取難度大、診斷技術(shù)自動辨識故障類別效能低的現(xiàn)實問題，本文提出一種以LahVIFW為基礎(chǔ)的故障在線診斷及預警系統(tǒng)，該系統(tǒng)運作階段通過頻譜、功率譜、倒頻譜分析等形式解讀振動信號，借此方式掌握旋轉(zhuǎn)機械運作階段不同構(gòu)件的特征性參數(shù)，而后和故障類別數(shù)據(jù)內(nèi)的參數(shù)做比較分析，達到精確診斷設備故障的目的。通過模擬試驗后，認定本文規(guī)劃設計的系統(tǒng)能精確辨識機械故障，并做出反饋，有操作流程建議、安全性高等特征。

關(guān)鍵詞：煤礦旋轉(zhuǎn)機械;在線診斷;預警系統(tǒng);故障診斷

引言

既往建立的在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，投運階段盡管能達到監(jiān)測設備運轉(zhuǎn)狀態(tài)，異常工況下傳遞預警信號及故障點定位，但無法提獲故障特征信息及智能辨識故障所屬類別，削弱了系統(tǒng)的實用性，本文基于LahVIFW對該系統(tǒng)重新作出規(guī)劃設計，其能動態(tài)化采集設備運轉(zhuǎn)階段特征性信息并將其完成的存儲于數(shù)據(jù)庫內(nèi)，通過比較頻域特征，提升機械故障診斷率、預警效果。

1系統(tǒng)設計的整體思路

利用傳感器設施采獲到振動數(shù)據(jù)信息，并動態(tài)式完成時域、頻域解讀和處理，這樣便能順利獲得旋轉(zhuǎn)機械運轉(zhuǎn)階段不同不可見的特征性參數(shù)，依照監(jiān)測時間次序自動完成參數(shù)類別規(guī)劃、存儲。針對實時采獲的特征參數(shù)和故障類數(shù)據(jù)庫內(nèi)同類別參數(shù)做比較，達到診斷設備運行故障的目的。系統(tǒng)運作程序見圖1。

在線診斷結(jié)束后，系統(tǒng)會依照相應診斷結(jié)果，自動經(jīng)由數(shù)據(jù)庫內(nèi)提拿出相匹配的故障類別與解決辦法，并把結(jié)果呈現(xiàn)于用戶監(jiān)測界面上，通過狀態(tài)燈對煤礦設備故障做出提示。

2系統(tǒng)軟、硬件設計

2.1軟件設計

主要是結(jié)合監(jiān)測目標對象、渠道及預警診斷計劃規(guī)劃本系統(tǒng)配置模塊。由左至右分別是配備傳感器渠道、選定診斷與預警方案、測算重要零部件理論特征頻率值。

用戶監(jiān)測模塊功能以呈現(xiàn)波形、譜圖、特征參數(shù)、預警與診斷信號以及打印報表等為主。用戶監(jiān)測界面由時域圖、頻域圖、監(jiān)測點安置、狀態(tài)趨向圖、故障提示、診斷結(jié)果錄入六個分部構(gòu)成。

在時域圖內(nèi)，單擊“初始波形”鍵，LED由暗變亮，對外呈現(xiàn)出沒有行預處理的波形圖;二次單擊“初始波形”鍵，LED變暗，呈現(xiàn)出的是沒有經(jīng)濾波、降噪處置的波形圖。點擊“診斷報告”鍵，可以基于Word格式傳導出即時的診斷結(jié)果，為打印、存檔過程創(chuàng)造便利條件。若采用該系統(tǒng)監(jiān)測機械設備狀態(tài)變動情況時，僅需要點擊“返回”鍵，返回至選擇界面。頻域圖的功能以東陽臺呈現(xiàn)峰值、有效值、裕度與波形因數(shù)等參數(shù)為主

故障提示以狀態(tài)燈為載體呈現(xiàn)出煤礦旋轉(zhuǎn)設備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，狀態(tài)燈呈紅、黃、綠色時，提示的內(nèi)容分別是故障、警告、正常。故障種類呈現(xiàn)情況和狀態(tài)燈顯示情況兩者有同步性特征，于故障提示框采用文字顯示出診斷出的故障種類以及故障形成原因、整頓提議等。

2.2硬件設計

本系統(tǒng)用Spectra Quest采集儀設計數(shù)據(jù)采集模塊，其附帶16渠道擬化輸入同步采樣過程，數(shù)字式轉(zhuǎn)速計輸入渠道通常是2或4個;24位模數(shù)參與轉(zhuǎn)換過程，動態(tài)參數(shù)、采樣頻次、頻寬分別是110dB、102.1kHz、38kHz，采用608All型傳感器。

在監(jiān)測礦山機械設備運轉(zhuǎn)狀態(tài)階段，使用磁座或螺紋銜接形式將傳感器裝設于監(jiān)測裝置的傳動殼體上，可以依照狀態(tài)擬化分析結(jié)果，擇選出振動現(xiàn)象較明顯的區(qū)段安設傳感器。設定的有效檢測位點應盡量減縮振動信號傳導路徑，多數(shù)情況下建議將傳動系統(tǒng)的軸承某處設為傳感器安裝位點，推行以上安裝方案有益于更全面地收集轉(zhuǎn)軸、軸承和齒輪相關(guān)信息，判斷故障位點。依照配置的監(jiān)測設備數(shù)目及各設備的有效測點數(shù)設定傳感器通道數(shù)，本文設計的系統(tǒng)軟件能同步接收到32路信號、監(jiān)測數(shù)個設備的運行狀態(tài)。

3系統(tǒng)功能檢測

為明確系統(tǒng)在故障在線診斷、預警等方面的效能，規(guī)劃了和通風機、抽放泵、壓風機物理性能相似度很高的轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)，擬化轉(zhuǎn)子不均衡故障。設定運轉(zhuǎn)速度為1 800r/min，使用傳感器收集設備振動信號，監(jiān)控、監(jiān)測本系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

當轉(zhuǎn)子常態(tài)運轉(zhuǎn)時候，測試軟件系統(tǒng)，提示燈呈現(xiàn)為綠色，狀態(tài)表明設備運轉(zhuǎn)過程無異常。提獲相應時刻初始數(shù)據(jù)，而后分析頻譜，圖12即為分析結(jié)果。

把螺釘增設于轉(zhuǎn)子圓盤上方，擬化轉(zhuǎn)子不均衡故障，運轉(zhuǎn)速度同上時，故障提示區(qū)呈現(xiàn)“轉(zhuǎn)子不均衡故障”訊息，與之相伴隨的是“轉(zhuǎn)子”標識下閃爍紅燈。提獲以上時間點的初始數(shù)據(jù)開展頻譜分析，結(jié)果見圖3。

轉(zhuǎn)子達1倍頻時，對應的幅值約0.0015g，顯著高于常態(tài)時1倍頻對應的幅值，于4、5倍頻位置形成了諧波。以上表現(xiàn)出的狀況和轉(zhuǎn)子不均衡故障特征相吻合。

故障診斷系統(tǒng)做出的診斷結(jié)果與頻譜分析結(jié)果兩者表現(xiàn)出高度統(tǒng)一性，證實了系統(tǒng)的實用性。

4結(jié)束語

礦山設備是煤礦開采任務的主要執(zhí)行裝置，其運行安穩(wěn)性、可靠性關(guān)系著礦區(qū)開采作業(yè)工效，關(guān)系著智慧型礦山的建設水平。煤礦機械自動化發(fā)展階段要求從多個維度監(jiān)測設備運轉(zhuǎn)狀態(tài)，及時做出診斷及發(fā)出預警信號，以最大限度的維持開采過程的連貫性、安穩(wěn)性。本文基于LahVIFW設計在線診斷預警系統(tǒng)，以模塊化編程結(jié)構(gòu)為支撐，合理整頓系統(tǒng)參數(shù)，在煤礦多個生產(chǎn)設備中表現(xiàn)出較高適用性，可靠性較高，實用性較強，有一定推廣價值。