選煤廠主要設(shè)備故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

秦瑞軍

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)新景礦洗煤廠，山西陽(yáng)泉 045000）

0 引言

選煤廠的主要任務(wù)是對(duì)入場(chǎng)原煤進(jìn)行篩分、破碎和撿矸等操作，并剔除煤礦中雜質(zhì)，將精煤和劣質(zhì)煤分離，整個(gè)選煤廠中涉及的設(shè)備種類相對(duì)較多，而各設(shè)備之間組成了一套集中的、連續(xù)性作業(yè)的生產(chǎn)流程，所有設(shè)備位置較為集中[1-3]。然而，由于選煤廠環(huán)境相對(duì)惡劣，現(xiàn)有的選煤廠設(shè)備經(jīng)常在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)各類故障問(wèn)題，嚴(yán)重影響著設(shè)備的工作效率和作業(yè)安全，而現(xiàn)有的設(shè)備故障診斷系統(tǒng)在一定程度上也存在系統(tǒng)相對(duì)落后、穩(wěn)定性差、檢測(cè)精度較低等問(wèn)題，已無(wú)法較好地滿足選煤廠的使用需求[4-6]。在此背景下，有必要將現(xiàn)有的先進(jìn)診斷技術(shù)應(yīng)用到選煤廠設(shè)備故障診斷系統(tǒng)中，并對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)。因此，在對(duì)選煤廠旋轉(zhuǎn)設(shè)備常見(jiàn)問(wèn)題分析基礎(chǔ)上，從硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)等方面入手，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套選煤廠設(shè)備故障診斷系統(tǒng)，并將其在新景礦選煤廠中進(jìn)行了應(yīng)用測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明：該故障診斷系統(tǒng)功能較為全面，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能較好地滿足選煤廠的使用需求[7-8]。

1 選煤廠旋轉(zhuǎn)設(shè)備存在問(wèn)題分析

目前，在選煤廠中使用的設(shè)備相對(duì)較大，且均在使用過(guò)程中出現(xiàn)了一定的故障問(wèn)題。其中，旋轉(zhuǎn)設(shè)備是選煤廠設(shè)備中的關(guān)鍵設(shè)備，其在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行故障、齒輪箱故障、軸承故障等，下面就針對(duì)其使用過(guò)程中的典型故障進(jìn)行分析。

（1）齒輪箱中齒輪偏心的故障。齒輪箱在使用過(guò)程中經(jīng)常由于旋轉(zhuǎn)中心和中心軸未有效重合而出現(xiàn)齒輪的偏心現(xiàn)象，致使齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生了較大幅度的振動(dòng)現(xiàn)象，且隨著齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度的不同，其振動(dòng)幅度也不盡相同。造成此故障的原因主要有兩方面：一是齒輪在設(shè)計(jì)加工時(shí)造成的中心軸偏心誤差；二是齒輪在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生了較大程度的磨損，且受到外界不同載荷的交替影響，最終造成了齒輪箱發(fā)生了振動(dòng)現(xiàn)象，影響著設(shè)備的正常運(yùn)行。

（2）輪齒的嚴(yán)重磨損。齒輪箱中的齒輪在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于齒輪嚙合間的潤(rùn)滑效果逐漸減弱，加上齒輪材料本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也相對(duì)薄弱，造成了齒輪之間出現(xiàn)較大的相互磨損現(xiàn)象，同時(shí)，齒輪由于受到較大的外界載荷作用，加大了齒輪嚙合時(shí)的嚙合力，導(dǎo)致了齒輪產(chǎn)生更加嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象。

（3）滾動(dòng)軸承故障。設(shè)備的軸承在裝配時(shí)，基本采用的是過(guò)渡配合，但由于軸承的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，加上較大的外界作用力，致使軸承的配合出現(xiàn)了異常松動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致了其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生了振動(dòng)現(xiàn)象；同時(shí)，軸承在生產(chǎn)過(guò)程中，由于加工誤差，也會(huì)間接引起軸承中滾子間隙過(guò)大，并產(chǎn)生了振動(dòng)現(xiàn)象。

2 故障診斷系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件系統(tǒng)

針對(duì)選煤廠設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套故障診斷系統(tǒng)。其中，硬件系統(tǒng)是該系統(tǒng)的重要組成部分。故障診斷系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理中心、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站、企業(yè)監(jiān)測(cè)中心、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)報(bào)警模塊等。其中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要通過(guò)加速度傳感器、溫度傳感器、位移傳感器等對(duì)選煤廠的運(yùn)行情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析。而該故障診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊則采用了美國(guó)NI公司開(kāi)發(fā)的處理模塊，該公司開(kāi)發(fā)的模塊具有性能穩(wěn)定可靠性特點(diǎn)，在全球較多選煤廠設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛應(yīng)用，能較好地滿足選煤廠的使用需求。另外，為保證設(shè)備的持續(xù)運(yùn)行，防止因停電而導(dǎo)致設(shè)備停止工作現(xiàn)象發(fā)生，在診斷系統(tǒng)中安裝了一套PUS設(shè)備，能有效保證設(shè)備的正常用電需求。

2.2 位移傳感器

根據(jù)選煤廠中設(shè)備的實(shí)際使用狀態(tài)，結(jié)構(gòu)選煤廠周邊環(huán)境特點(diǎn)，在該故障診斷系統(tǒng)中，選用了JX70-04型電渦流位移傳感器，如圖1所示，該傳感器具有檢測(cè)精度高、測(cè)量距離遠(yuǎn)、信號(hào)傳輸快等特點(diǎn)，能有效地與被測(cè)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的非接觸探測(cè)，目前，在選煤廠設(shè)備及其他相關(guān)設(shè)備上均得到了廣泛應(yīng)用。其設(shè)備的主要性能參數(shù)如表1所示。

圖1 JX70-04型電渦流位移傳感器

表1 JX70-04型電渦流位移傳感器主要性能參數(shù)

2.3 加速度傳感器

由于選煤廠設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)不同程度的振動(dòng)現(xiàn)象，其振動(dòng)幅度及振動(dòng)頻率均會(huì)對(duì)設(shè)備造成重大影響，因此，需在該故障診斷系統(tǒng)中配備一套加速度傳感器對(duì)其信號(hào)采集。在該系統(tǒng)中，選用了608A11型加速度傳感器，主要負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備的振動(dòng)情況及受沖擊程度進(jìn)行信號(hào)采集，該設(shè)備具有較好的耐沖擊性和信號(hào)采集精度，能滿足設(shè)備危險(xiǎn)部位或無(wú)法測(cè)量的部位進(jìn)行檢測(cè)，適合永久安裝。該設(shè)備的主要性能參數(shù)如表2所示。

表2 608A11型加速度傳感器主要性能參數(shù)

3 故障診斷系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該選煤廠設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)采用了上機(jī)位LabVIEW軟件系統(tǒng)，可在Windows操作系統(tǒng)中進(jìn)行穩(wěn)定運(yùn)行，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括了數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、在線監(jiān)控模塊、故障診斷模塊、歷史分析模塊等部分，其系統(tǒng)組成如圖2所示。其中，數(shù)據(jù)采集模塊主要采用了局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和信號(hào)傳輸，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程了設(shè)置采集點(diǎn)數(shù)及頻率等功能，保證了整個(gè)診斷系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。另外，通過(guò)軟件系統(tǒng)中的在線監(jiān)測(cè)模塊，可對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及發(fā)生的故障情況進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)控和實(shí)時(shí)顯示，并針對(duì)不同故障類型發(fā)出不同的報(bào)警提示，能將故障發(fā)生的部位進(jìn)行準(zhǔn)確顯示，大大提高了設(shè)備的運(yùn)行效率和安全性。

圖2 故障診斷系統(tǒng)軟件系統(tǒng)組成圖

4 故障診斷系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試情況分析

為進(jìn)一步測(cè)試該選煤廠故障診斷系統(tǒng)的實(shí)際診斷性能，將其在新景礦選煤廠進(jìn)行了應(yīng)用測(cè)試，在測(cè)試過(guò)程中，該系統(tǒng)功能相對(duì)較為全面，運(yùn)行正常穩(wěn)定，能將選煤廠設(shè)備工作過(guò)程中的工作溫度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、設(shè)備振動(dòng)情況等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)采集和直觀顯示，且各類傳感器的信號(hào)傳輸速度相對(duì)較快，針對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的振動(dòng)異常情況，能通過(guò)人機(jī)顯示界面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和報(bào)警。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員介紹，該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)相比，具有性能更加穩(wěn)定、功能更加齊全、精度更高等特點(diǎn)，能較好地滿足該選煤廠的使用需要，得到了作業(yè)人員的一致好評(píng)。由此，驗(yàn)證了該診斷系統(tǒng)在一定程度上具有一定的可行性。

5 結(jié)束語(yǔ)

提高選煤廠設(shè)備的運(yùn)行安全性，已成為當(dāng)下企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。因此，在對(duì)選煤廠旋轉(zhuǎn)設(shè)備常見(jiàn)問(wèn)題分析基礎(chǔ)上，從硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)等方面入手，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套選煤廠設(shè)備故障診斷系統(tǒng)，并將其在新景礦選煤廠中進(jìn)行了應(yīng)用測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明：

（1）該故障診斷系統(tǒng)功能較為全面，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能對(duì)選煤廠設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的相關(guān)狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)采集和數(shù)據(jù)分析處理；

（2）該診斷系統(tǒng)能對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)異常情況發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警提示，提高了設(shè)備的運(yùn)行安全性；

（3）該診斷系統(tǒng)的應(yīng)用，得到了該煤礦作業(yè)人員的一致好評(píng)，驗(yàn)證了該故障診斷系統(tǒng)在一定程度上具有可行性；

（4）該研究對(duì)提高選煤廠設(shè)備的工作效率及運(yùn)行安全具有重要作用。