馬蘭礦選煤廠典型設(shè)備在線遠(yuǎn)程智能預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用

龐 亮

(山西焦煤西山煤電股份有限公司 馬蘭礦選煤廠，山西 古交 030205)

1 概 述

智能化選煤廠建設(shè)正在成為選煤行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要舉措，選煤設(shè)備全生命周期管理是智能化選煤廠建設(shè)的重要內(nèi)容。設(shè)備在線檢修與遠(yuǎn)程智能預(yù)測性維護(hù)是設(shè)備全生命周期的核心，目前振動、溫度檢測作為主要的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測隨著無線傳輸、云平臺的建立、智能移動終端技術(shù)的日臻完善，對其進(jìn)行遠(yuǎn)程預(yù)測性維護(hù)正在成為選煤廠設(shè)備健康保障的新選擇。

設(shè)備維護(hù)由最初的發(fā)現(xiàn)故障后維護(hù)、計劃性維護(hù)逐漸向預(yù)測性維護(hù)邁進(jìn)。預(yù)測性維護(hù)克服了計劃性維護(hù)存在的過維護(hù)和缺乏預(yù)見性等缺陷，以其更具合理性的設(shè)備維護(hù)方式受到設(shè)備廠家和工業(yè)現(xiàn)場的重視和推崇。隨著新一代科技革命對設(shè)備維護(hù)方案的充實和完善，通過遠(yuǎn)程專家團(tuán)隊實現(xiàn)遠(yuǎn)程預(yù)測性維護(hù)使得這項門檻極高的技術(shù)得以完美實現(xiàn)，而且推動了設(shè)備維護(hù)服務(wù)模式的改變與升級。

馬蘭礦選煤廠于2018年進(jìn)行了主洗車間的改造，更換了重介旋流器和粗煤泥分選系統(tǒng)，工藝進(jìn)一步優(yōu)化，同時依據(jù)山西焦煤集團(tuán)智能化選煤廠建設(shè)總體規(guī)劃的指導(dǎo)原則，選擇馬蘭礦選煤廠典型設(shè)備29臺共計138個振動、溫度傳感器點進(jìn)行了設(shè)備遠(yuǎn)程預(yù)測性維護(hù)示范，通過示范應(yīng)用，積累經(jīng)驗，為全廠設(shè)備全生命周期管理奠定基礎(chǔ)。

2 設(shè)備智能預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)建

2.1 遠(yuǎn)程智能預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)

馬蘭礦選煤廠設(shè)備智能預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。遠(yuǎn)程智能預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)由4層組成，最底層為設(shè)備監(jiān)控層，安裝無線振動溫度傳感器；第2層為數(shù)據(jù)無線采集層，實時收集設(shè)備振動溫度信號；第3層是現(xiàn)場服務(wù)器層，用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)存儲；第4層為遠(yuǎn)程智能服務(wù)層。其中現(xiàn)場服務(wù)器采用雙網(wǎng)卡配置，網(wǎng)卡1通過網(wǎng)線接入自組網(wǎng)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)中，實現(xiàn)與現(xiàn)場設(shè)備的通訊；網(wǎng)卡2通過網(wǎng)線與4G路由器連接，實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)通訊，并將實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺葜招鹿具h(yuǎn)程診斷中心服務(wù)器和太原理工大學(xué)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心，為遠(yuǎn)程預(yù)測性維護(hù)專家級服務(wù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

圖1 馬蘭礦選煤廠設(shè)備遠(yuǎn)程預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)

馬蘭礦選煤設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測與遠(yuǎn)程預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)主要完成選煤設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、遠(yuǎn)程傳輸、存儲、分析、決策等健康保障管理技術(shù)，通過建立太原理工大學(xué)、安徽容知研究院、選煤廠三方的產(chǎn)學(xué)研合作模式，更專業(yè)地實施選煤健康數(shù)據(jù)的分析和診斷，實現(xiàn)遠(yuǎn)程預(yù)測性維護(hù)。

2.2 設(shè)備遠(yuǎn)程智能預(yù)測性維護(hù)傳感數(shù)據(jù)監(jiān)測點選取

振動和溫度在線監(jiān)測測點部位的選擇和測點采集參數(shù)的設(shè)置，對在線監(jiān)測的效果至關(guān)重要，需要對設(shè)備結(jié)構(gòu)和設(shè)備監(jiān)測有深厚理解。根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點，傳感器安裝測點選取原則具體為：

(1)選煤廠監(jiān)測設(shè)備應(yīng)根據(jù)工藝流程選取關(guān)鍵主要設(shè)備，如合格介質(zhì)泵、尾煤離心液泵、精煤磁尾沖水泵、煤泥分級旋流器入料泵等關(guān)鍵泵組；脫介篩、高頻篩等振動篩組；主要運(yùn)輸路徑的刮板和膠帶運(yùn)輸機(jī)組；三產(chǎn)品重介旋流器等。通過監(jiān)測上述關(guān)鍵設(shè)備，保障選煤過程的設(shè)備可靠性。

(2)選取的關(guān)鍵設(shè)備具體監(jiān)測位置點，應(yīng)考慮設(shè)備本身驅(qū)動、傳動部位，如泵組的電機(jī)、聯(lián)軸器、葉輪、減速器等關(guān)鍵部位，振動篩組的電機(jī)、萬向節(jié)、激勵器等關(guān)鍵部位，刮板和膠帶運(yùn)輸機(jī)組的電機(jī)、齒輪箱、減速機(jī)、軸承座等關(guān)鍵部位，旋流器的管道等。通過監(jiān)測上述設(shè)備關(guān)鍵部位的振動信號，分析處理數(shù)據(jù)，得到具體檢修部位的故障預(yù)測信息。

(3)振動傳感器的實際安裝位置選取點，應(yīng)遵循就近原則，結(jié)合考慮設(shè)備實際安裝條件，盡可能選擇靠近監(jiān)測部位的安裝點，以保證傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、合理。

根據(jù)上述監(jiān)測點選取原則，選擇馬蘭礦選煤廠典型設(shè)備29臺共計138個振動、溫度傳感器點，現(xiàn)場安裝如圖2至圖7。

圖2 振動溫度傳感器、無線監(jiān)測站和服務(wù)器實物

圖3 尾煤離心液泵測點配置

圖4 合格介質(zhì)泵測點配置分布

上述振動溫度傳感器監(jiān)測參數(shù)為：振動信號測點方向為H向—水平方向，V向—垂直方向，A向—軸向，每2 h采集1次，采集時間為320 ms，每次采集16×1024個點；溫度信號每10 min采集1次。

圖5 脫泥篩測點具體配置分布

圖6 刮板輸送機(jī)測點分布

圖7 膠帶機(jī)測點分布

2.3 設(shè)備遠(yuǎn)程智能預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與功能

系統(tǒng)通過采集現(xiàn)場監(jiān)測點數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器，通過后臺數(shù)據(jù)分析技術(shù)，比對獲取的數(shù)據(jù)與正常和故障模型數(shù)據(jù)，自動分類生成設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等級以及具體的維護(hù)建議。選煤設(shè)備維護(hù)狀態(tài)定義見表1。

根據(jù)系統(tǒng)后臺自動生成的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評定信息，研究人員可篩選部分進(jìn)行人工查驗和修正，進(jìn)而生成設(shè)備的故障預(yù)測報告。此處以馬蘭礦選煤廠864合介泵故障預(yù)測案例進(jìn)行說明，其振動監(jiān)控與分析界面如圖8和圖9所示。

864合介泵狀態(tài)等級評定為警告，診斷結(jié)論為液力耦合器減速從動齒輪端軸承內(nèi)圈存在剝落，軸承所受軸向力較大，減速從動齒輪早期磨損、點蝕，近期存在持續(xù)劣化。通過圖8、圖9的時頻域分析可知，5A測點速度時域波形存在輸出軸轉(zhuǎn)頻間隔沖擊，速度頻譜可見內(nèi)圈特征頻率諧波異常，診斷864合介泵機(jī)組存在異常，應(yīng)納入監(jiān)控，符合評定標(biāo)準(zhǔn)。

表1 選煤設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)維護(hù)優(yōu)先級定義

圖8 864合介泵5A測點速度時域波形分析界面

圖9 864合介泵5A測點速度頻譜分析界面

根據(jù)上述診斷結(jié)論，系統(tǒng)可自動生成如下檢修建議：

(1)巡檢時關(guān)注液力耦合器異響及溫度變化；

(2)擇機(jī)檢查液力耦合器減速從動齒輪端軸承附近及潤滑油中是否存在金屬碎屑，檢查減速從動齒輪損傷情況；

(3)擇機(jī)排查液力耦合器與合介泵聯(lián)軸器對中與運(yùn)行情況。

3 典型設(shè)備遠(yuǎn)程智能預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用效果

2018年12月，系統(tǒng)進(jìn)入試運(yùn)行階段，每月定期提交1份體檢報告，內(nèi)容包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)維護(hù)優(yōu)先級定義，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及描述，并在設(shè)備劣化時隨時通過手機(jī)APP、微信、電話等手段聯(lián)系客戶，幫助客戶及時把握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。截至目前，形成成功案例2個，預(yù)測性維護(hù)案例1個，目前仍有1臺警告機(jī)組，4臺注意機(jī)組，提請選煤廠現(xiàn)場重點關(guān)注。

依據(jù)表1的維修等級劃分，容知日新公司和太原理工大學(xué)定期提供的馬蘭礦選煤廠設(shè)備維護(hù)建議見表2，并已通過手機(jī)APP進(jìn)行推送。

表2 選煤設(shè)備遠(yuǎn)程預(yù)測性維護(hù)建議

4 結(jié) 論

選煤設(shè)備遠(yuǎn)程預(yù)測性維護(hù)正在成為智能化選煤廠建設(shè)的重要選擇與途徑，馬蘭礦選煤廠29臺典型設(shè)備預(yù)測性維護(hù)的示范運(yùn)行，有效提高了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的透明度，提高了設(shè)備維檢的針對性，及時對早期設(shè)備運(yùn)行故障進(jìn)行了排查，保證了選煤廠設(shè)備可靠、高效運(yùn)行。通過選煤設(shè)備云平臺，容知日新公司、太原理工大學(xué)提供了選煤設(shè)備運(yùn)行診斷的遠(yuǎn)程專家服務(wù)，提升了設(shè)備維護(hù)的智能化水平，獲得良好的現(xiàn)場應(yīng)用效果，為智能化選煤廠建設(shè)提供了有益借鑒與參考。