興隆煤礦高次諧波故障檢測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用

李昌杰 司新江 李方迪

（1.兗州煤業(yè)股份有限公司興隆莊煤礦，山東 兗州 272100；2.兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)南煤炭科技研究院，山東 濟(jì)南 250031）

從設(shè)備故障檢測(cè)分析、設(shè)備劣化趨勢(shì)判斷、設(shè)備全生命周期管理角度來看，開展“高次諧波故障檢測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用”這一研究課題，采用HDS（諧波診斷系統(tǒng)）對(duì)煤礦大中型設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，可以建立起基于設(shè)備狀態(tài)的維修維護(hù)管理體系，構(gòu)建主要運(yùn)行設(shè)備健康狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)管理及分析系統(tǒng)，對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備使用、維護(hù)維修保養(yǎng)、報(bào)廢等全生命周期的管理，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)設(shè)備故障與隱患、按需檢修設(shè)備的目標(biāo)，降低設(shè)備的非正常停機(jī)時(shí)間，減少不必要的工時(shí)浪費(fèi)和配件的損耗，延長(zhǎng)設(shè)備的使用周期，提高全礦井的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

1 諧波法設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)診斷裝置研究

經(jīng)諧波故障監(jiān)測(cè)理論分析和監(jiān)測(cè)流程分析，可確定故障診斷裝置的硬件部分分為：采集模塊、AD轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)處理模塊、通信模塊、電路控制單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和數(shù)據(jù)分析單元，裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 諧波故障監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)框圖

圖中1為電流檢測(cè)部，2為磁場(chǎng)檢測(cè)部。通過電流檢測(cè)部1進(jìn)行電流測(cè)定，傳感器夾緊裝置為非接觸方式。磁場(chǎng)檢測(cè)部2使用搜索式線圈感應(yīng)器、霍爾元件感應(yīng)器或磁阻傳感器進(jìn)行磁通量測(cè)定，以測(cè)定電流的磁通量；電流檢測(cè)部1和磁場(chǎng)檢測(cè)部2之間的轉(zhuǎn)換用切換S實(shí)現(xiàn)；10為信號(hào)處理裝置，通過20a向運(yùn)算處理單元20通信；操作裝置30通過輸入端口24向運(yùn)算處理裝置20輸入條件設(shè)定數(shù)據(jù)，運(yùn)算結(jié)果通過輸出端口25向顯示裝置31輸出下顯示。

圖中10單元為信號(hào)處理裝置，通過切換器S的信號(hào)，在選擇性信號(hào)放大電路11中，與電流檢測(cè)部1或者磁場(chǎng)檢測(cè)部2所測(cè)定的信號(hào)等級(jí)相對(duì)應(yīng)，信號(hào)被選擇性放大，輸入A/D轉(zhuǎn)換器12，A/D轉(zhuǎn)換器將放大電路11輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，13為輸出電路，將位于20a的數(shù)據(jù)作為信號(hào)傳送給運(yùn)算處理裝置20，14是以移位寄存器為中心構(gòu)成的順序控制電路，15為波形地址選擇電路。20單元為運(yùn)算處理裝置。21為中央處理裝置（CPU），22為主記憶電路，波形記憶電路28的內(nèi)容在CPU21控制下作為運(yùn)算數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)，23為輔助記憶電路，24及25為輸入端口和輸出端口。輔助記憶電路存儲(chǔ)被檢電氣設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)如設(shè)備參數(shù)、電壓等級(jí)、有無變頻器等，并進(jìn)行電氣設(shè)備的額定值和運(yùn)行值的條件設(shè)定，此時(shí)設(shè)定值的輸入通過輸入端口24實(shí)現(xiàn)。輸入設(shè)定信號(hào)由操作裝置30輸入。

輸出端口25將CPU21的運(yùn)算結(jié)果向外部輸出，并通過輸出端口25驅(qū)動(dòng)LCD顯示屏、打印機(jī)等顯示裝置31，29為運(yùn)算處理裝置內(nèi)部總線。

運(yùn)算處理裝置20設(shè)有地址產(chǎn)生計(jì)數(shù)器26、程序記憶電路27以及波形記憶電路28。地址產(chǎn)生計(jì)數(shù)器26，地址產(chǎn)生計(jì)數(shù)器有輸入測(cè)定波形、輸出測(cè)定波形、程序傳送（FFT方式）等功能。通過程序記憶電路27，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)FFT程序全部被傳送至CPU21，并將開始指令傳達(dá)給信號(hào)處理裝置10的串行通信電路?？刂齐娐方邮艿介_始指令后，便重復(fù)以下操作步驟：將波形數(shù)據(jù)傳送至波形記憶電路28；重啟地址產(chǎn)生計(jì)數(shù)器26；將波形記憶電路28內(nèi)的波形數(shù)據(jù)傳輸給CPU21。波形地址選擇電路15根據(jù)地址產(chǎn)生計(jì)數(shù)器26的操作選擇波形地址區(qū)域。

2 智能劣化診斷系統(tǒng)應(yīng)用研究

根據(jù)諧波故障監(jiān)測(cè)的理論基礎(chǔ)和專家診斷系統(tǒng)，分析并驗(yàn)證多次諧波對(duì)不同設(shè)備故障檢測(cè)診斷的方法，根據(jù)表1、表2對(duì)不同機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判定被測(cè)設(shè)備劣化趨勢(shì)和生命周期。諧波法設(shè)備故障檢測(cè)診斷裝置對(duì)設(shè)備檢測(cè)的具體項(xiàng)目如表1。

表1 諧波法設(shè)備故障檢測(cè)裝置檢測(cè)內(nèi)容

表2 設(shè)備劣化部位與高次諧波對(duì)應(yīng)關(guān)系

3 分析軟件應(yīng)用研究

系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)（即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)），用戶可通過Web遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)，方便快捷，并可在異地進(jìn)行多項(xiàng)操作并監(jiān)控。本診斷管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用基于.NET的技術(shù)，采用瀏覽器+中間件+應(yīng)用服務(wù)器+數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的多層構(gòu)架，分離表現(xiàn)邏輯、業(yè)務(wù)處理邏輯和數(shù)據(jù)訪問邏輯分開，并支持大量用戶訪問和海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索和管理。

服務(wù)器軟件中使用的數(shù)據(jù)庫是以Microsoft的Access框架生成的。在VS的VC++環(huán)境下、在應(yīng)用內(nèi)訪問數(shù)據(jù)庫中，可以利用DAO(Data Access Object)、ODBC (Open Database Connectivity)、 OLE DB、 ADO(ActiveX Data Objects)4個(gè)接口界面、服務(wù)器軟件中，利用這其中的ODBC來訪問數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用基于Internet的遠(yuǎn)程監(jiān)控將設(shè)備故障診斷技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫與決策支持技術(shù)相結(jié)合形成遠(yuǎn)程協(xié)作診斷技術(shù)。

4 應(yīng)用與分析

（1）高次諧波檢測(cè)項(xiàng)目的開展，可以使礦方通過解讀檢測(cè)報(bào)告，對(duì)設(shè)備的基本狀況有一個(gè)全面了解，可實(shí)現(xiàn)提前對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)預(yù)警和生成趨勢(shì)圖，對(duì)下一步維修保養(yǎng)具有重要的指導(dǎo)意義。

（2）典型案例診斷。選煤中心動(dòng)篩車間178主電機(jī)，該電機(jī)承擔(dān)著選煤中心動(dòng)篩車間的原煤運(yùn)輸任務(wù)，功率為132kW，電壓為AC380V。第一次診斷結(jié)果報(bào)告書如下：

圖2 第一次診斷結(jié)果報(bào)告書

從報(bào)告中可以看出：第一次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)【轉(zhuǎn)子，軸承，固定（裝置）】項(xiàng)為B3（87.3%），【軸承損壞、異物附著】項(xiàng)為B3（85.3%），【回轉(zhuǎn)軸異常、接觸部磨損】項(xiàng)為B3（83.4%），設(shè)備基礎(chǔ)與負(fù)載存在共振現(xiàn)象，負(fù)載部軸承受力，存在不平衡振動(dòng)，軸承或有磨損。我們向礦方建議一個(gè)月內(nèi)做點(diǎn)檢調(diào)整，再進(jìn)行檢測(cè)，礦方根據(jù)我們的意見，在檢修過程中加強(qiáng)了對(duì)軸承的檢修（特別是加強(qiáng)了軸承的潤(rùn)滑）。一個(gè)月后，數(shù)據(jù)變化為：B2（77.2%），B2（65.4%），B1（54.7%），設(shè)備軸承不平衡振動(dòng)現(xiàn)象趨于好轉(zhuǎn)。檢測(cè)報(bào)告如下：

圖3 第二次診斷結(jié)果報(bào)告書

5 結(jié)語

綜上所述，開展“高次諧波故障檢測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用”符合煤業(yè)公司科技發(fā)展的思路，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備維修、維護(hù)具有積極的指導(dǎo)意義，同時(shí)也具備良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，項(xiàng)目的開展是很有必要的。